[發(fā)明專利]空天地一體化網(wǎng)絡(luò)下的多維資源建模方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113364609A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曲樺;趙季紅;呼昱;朱召鵬;王濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04W24/06;H04W72/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 賀小停

空天地一體化網(wǎng)絡(luò)下的多維資源建模方法及系統(tǒng)，包括以下步驟：對空天地一體化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行需求分析并提出能力資源，表示能力資源之間的轉(zhuǎn)化承接關(guān)系，在時間拓展圖基礎(chǔ)上提出了能力資源時變圖從空間時間兩個維度刻畫空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)過程；能力資源時變圖的時隙劃分，能力資源時變圖的基本構(gòu)造，節(jié)點功能拆分能力資源時變圖構(gòu)造；節(jié)點功能拆分能力資源時變圖優(yōu)化。相比于傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，空天地一體化網(wǎng)絡(luò)由多個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)組成、支持覆蓋軍用、民用的各類業(yè)務(wù)、蘊含多種網(wǎng)絡(luò)資源，本發(fā)明針對任務(wù)繁雜、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量眾多的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了一個結(jié)構(gòu)清晰、可拓展性強(qiáng)、容災(zāi)能力新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多維資源建模技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及空天地一體化網(wǎng)絡(luò)下的多維資源建模方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

空天地一體化網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)高效無縫服務(wù)的關(guān)鍵是網(wǎng)絡(luò)的融合能力，即打破天、地空的界限，實現(xiàn)互操作、共資源、同服務(wù)的一體化網(wǎng)絡(luò)。空天地一體化網(wǎng)絡(luò)涵蓋多種不同時空跨度的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，包括天基衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、空基網(wǎng)絡(luò)、地基網(wǎng)絡(luò)等，其架構(gòu)呈現(xiàn)立體多層次化，且各個網(wǎng)絡(luò)具有各自不同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議和服務(wù)場景，對網(wǎng)絡(luò)的深度融合提出了高度挑戰(zhàn)。而隨著SDN與NFV技術(shù)的應(yīng)用，可以將業(yè)務(wù)與資源解耦，從而使物理資源的管理與配置具有更大的靈活性、可配置性、可重構(gòu)性以及可編程性。

現(xiàn)有基于SDN/NFV架構(gòu)下的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)資源管理架構(gòu)的研究，僅僅是考慮了可以通過虛擬化的技術(shù)將基礎(chǔ)設(shè)施層的異構(gòu)資源全部進(jìn)行了虛擬化,整合到一個虛擬的資源池,進(jìn)而與虛擬的網(wǎng)絡(luò)相互映射。但并沒有考慮到在虛擬資源池中與其他虛擬資源之間的關(guān)聯(lián)性,實現(xiàn)虛擬資源的高效協(xié)同。針對這些問題，有必要設(shè)計一個新型SAGIN資源管理架構(gòu)，來應(yīng)對龐大的業(yè)務(wù)量并提高資源的管理效率。

現(xiàn)有靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建模方法比如靜態(tài)圖模型，隨即圖模型，F(xiàn)SA等不適合建模空天地一體化網(wǎng)絡(luò)。而動態(tài)網(wǎng)絡(luò)建模方法比如時間拓展圖可以建模動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)溲葑冞^程，但是由于空天地一體化網(wǎng)絡(luò)中任務(wù)執(zhí)行過程涉及到網(wǎng)絡(luò)資源更多，需要多為資源協(xié)同服務(wù)，而時間拓展圖只能建模存儲通信資源，并且空天地一體化網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點種類繁雜，節(jié)點功能繁多，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃周期較長，時間拓展圖無法準(zhǔn)確刻畫網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)有的資源架構(gòu)與資源建模研究要么只專注于天基網(wǎng)絡(luò)或空基單一網(wǎng)絡(luò)段，要么是天地融合或者空地融合，沒有考慮到空天地三個網(wǎng)絡(luò)段的整合。空天地一體化網(wǎng)絡(luò)由不同功能網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)組成，不同功能子網(wǎng)所用協(xié)議棧也會不同，它的龐大性與時變性對其中網(wǎng)絡(luò)資源的表述變得十分困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供空天地一體化網(wǎng)絡(luò)下的多維資源建模方法及系統(tǒng)，以解決上述問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

空天地一體化網(wǎng)絡(luò)下的多維資源建模方法，包括以下步驟：

對空天地一體化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行需求分析并提出能力資源，表示能力資源之間的轉(zhuǎn)化承接關(guān)系，在時間拓展圖基礎(chǔ)上提出了能力資源時變圖從空間時間兩個維度刻畫空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)過程并給出能力資源時變圖的基本構(gòu)造過程。具體包括能力資源時變圖的時隙劃分策略，進(jìn)而針對時隙劃分策略，對節(jié)點功能進(jìn)行拆分，給出節(jié)點功能拆分能力資源時變圖的構(gòu)造方法；最后針對能力資源時變圖構(gòu)造復(fù)雜度過高的問題給出能力資源時變圖的優(yōu)化方法。

進(jìn)一步的，能力資源包括觀測能力資源、處理能力資源、傳輸能力資源、測控能力資源和分發(fā)能力資源。

進(jìn)一步的，能力資源時變圖的時隙劃分：通過在STK仿真軟件輸入節(jié)點屬性參數(shù)，得到空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的近似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過可見性分析，對節(jié)點之間觀測時間窗口進(jìn)行可見性分析。

進(jìn)一步的，通過可行性分析，畫出空天地一體化網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點之間時間窗口的累積分布函數(shù)曲線，得到具體時隙劃分策略，即得到時隙劃分Δt。