空间信息网络多维资源一体化表征方法技术

本发明专利技术公开了一种基于资源关系时变图的空间信息网络多维资源一体化表征方法，主要解决现有技术难以对空间信息网络多维资源进行表征的问题，其实现过程为：对待表征的空间信息网络进行初始化；对有向图进行初始化，并在有向图上划分时隙；在有向图中添加空间信息网络的顶点；判断并记录各种集合的可见关系；根据可见关系在有向图中的各顶点之间添加不同功能的弧，完成对资源关系时变图的构建；利用资源关系时变图中各种功能弧，对空间信息网络中的各种资源进行表征。本发明专利技术使用资源关系时变图表征网络中资源的时变性与相关性，显著降低了空间信息网络中资源表征的复杂度，可用于空间信息网络观测、存储、传输、计算资源的表征。

Spatial information network, multidimensional resources, integrated representation method

The invention discloses a resource based on time-varying relationship graph integration multidimensional network information resource space characterization methods, mainly to solve the existing technology is difficult to characterize the spatial information of multidimensional network resources, the realization process for space information network to initialize the representation; initialized to the map, and in directed graph on the division of time slots; in addition to the space information network graph; judgment and visible records of various collections; add different functions to each vertex in the graph in a relationship according to the visible arc of time-varying mapping relationship resources; utilization of resources between various functions of time-varying arc. To characterize the various resources in space information network. The invention uses time-varying correlation with time-varying resource relationship resource map representation in the network, significantly reduces the complexity of resource representation of spatial information in the network, can characterize the space information network, storage, transmission, observation of computing resources for.

【技术实现步骤摘要】
空间信息网络多维资源一体化表征方法
本专利技术属于空间信息
，特别涉及一种空间信息网络多维资源一体化表征方法，可用于空间信息网络观测、存储、传输、计算资源的分析和管理实施。
技术介绍
空间信息网络是我国重要的基础设施，是支持对地观测、远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输和航天测控的重要平台。然而,我国空间信息网络长期面临资源紧张供不应求的局面。为了缓解资源紧张和业务发展的矛盾，研究适用于空间信息网络的高效资源管理方法十分重要。随着星载成像设备的幅宽、分辨率不断增长，空间信息网络中节点获取信息的能力不断增强，计算资源起到了越来越重要的作用。星载图像压缩模块通过压缩原始图像的大小能够极大的缓解高清图像对空间信息网络中信息存储和回传带来的负担。由于资源的种类繁多、结构复杂，所以联合管理空间信息网络中的观测、计算、存储和传输资源能够有效的提高网络资源利用率。然而联合优化多种资源的使用是一个极为复杂的问题，繁多的资源种类和不同任务需求的多样性，以及资源的时变性给空间信息网络资源的管理带来极大的挑战。资源表征是资源管理方法的基础，建立一个良好的针对空间信息网络资源的表征方法，对于研究空间信息网络中的观测、存储、传输、计算等资源的时变性和相关性规律以及进行具体的管理而言，都是至关重要的。以往对空间信息网络资源表征的研究中，只对观测、通信、存储资源进行相应的表征，而没有考虑相应计算资源的表征。如在RunziLiu的文章“AnAnalyticalFrameworkforResource-LimitedSmallSatelliteNetworks”中，仅着重说明并表征了空间信息网络观测、通信、存储三类资源，并未能将相应的计算资源考虑在内，导致上述工作无法用于空间信息网络中观测、压缩和数传的联合规划。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术无法对计算资源进行表征的不足，提出一种空间信息网络多维资源一体化表征方法，以实现对空间信息网络环境中的观测、存储、传输和计算资源的时空二维表征，刻画不同资源间的承接转化关系，从而支持对空间信息网络多维资源的高效利用。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：(1)初始化待表征空间信息网络的观测卫星顶点集合OS＝{os1,os2,...,osn}，中继卫星顶点集合RS＝{rs1,rs2,...,rsn}，地面站顶点集合GS＝{gs1,gs2,...,gsn}，待观测目标顶点集合OB＝{ob1,ob2,...,obn}和虚拟顶点vr。其中osi表示第i个观测卫星顶点，rsi表示第i个中继卫星顶点，gsi表示第i个地面站顶点，obi表示第i个待观测目标顶点，i∈[1,n],n∈[1,+∞)；(2)初始化一张空白的有向图，将有向图的规划周期T划分为M个时隙，每个时隙的长度为τ＝T/M,T∈(0,+∞),M∈[1,+∞)；(3)在步骤(2)中的有向图的每个时隙τ中添加步骤(1)中初始化的空间信息网络顶点，即观测卫星顶点、中继卫星顶点、地面站顶点、待观测目标顶点和虚拟顶点；(4)将步骤(1)中初始化的各种集合导入到SatelliteToolKit软件中，根据该软件中的星历表判断每个时隙τ内观测卫星与待观测目标可见关系，及中继卫星与地面站之间的可见关系，并对这些可见关系进行记录；(5)在步骤(3)有向图中的各顶点之间添加不同功能的弧，完成对资源关系时变图的构建：(5a)根据步骤(4)中记录的可见关系，在步骤(3)有向图中的各顶点之间添加观测弧和传输弧：如果在每个时隙τ内观测卫星与待观测目标相互可见，则在观测卫星顶点与待观测目标顶点之间添加观测弧；如果在每个时隙τ内观测卫星与中继卫星相互可见，则在观测卫星顶点与中继卫星顶点之间添加传输弧；如果在每个时隙τ内观测卫星与地面站相互可见，则在观测卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧；根据中继卫星顶点与地面站顶点始终可见的特性，在每一个时隙的中继卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧；(5b)在观测卫星顶点、中继卫星顶点和地面站顶点的相邻时隙之间添加存储弧，在观测卫星顶点与虚拟顶点之间添加计算弧，至此完成对资源关系时变图的构建；(6)使用资源关系时变图中的各种功能的弧表征空间信息网络中的各种资源。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1)本专利技术在构造资源关系时变图的过程中，通过拆分观测卫星节点的方法解决了传统的时间扩展图中无法表征计算资源压缩处理数据过程的问题。具体而言，通过将观测卫星中的成像仪、图像压缩模块和存储传输部分分别表示数据的获取、压缩和存储传输等操作。使得拆分后的图模型中，多个顶点的组合表示空间信息网络的一个节点，其中每个顶点分别表示对应节点的一个功能模块，从而使用图论模型实现了对空间信息网络中的计算资源的表征。2)本专利技术用资源关系时变图中的观测、存储、传输和计算弧表征空间信息网络中的观测、存储、传输和计算资源，用弧的容量代表资源的大小，从而实现用统一的单位来量化空间信息网络中的不同资源，不同类型弧之间的位置关系表征了不同资源间的承接转化关系。3)本专利技术针对观测卫星图像压缩模块每个时间间隔内流出的数据量小于流入的数据量进而导致资源关系时变图中的流守恒定理不成立这一问题，提出并引入了虚拟节点的概念，以保证图上的流守恒，使得任务执行过程中复杂的图像观测、压缩、存储和传输过程能够使用资源关系时变图中的流进行统一表示，从而可以将多维资源联合管理问题转化为资源时变图中的最大流问题。附图说明图1是本专利技术使用的场景示意图；图2是本专利技术的实现总流程图；图3是本专利技术中每个时隙中的观测卫星与待观测目标、观测卫星与中继卫星以及观测卫星与地面站之间的可见情况示意图；图4是本专利技术中初始化的空白有向图；图5是本专利技术中由观测卫星顶点拆分得到的成像仪顶点、图像压缩模块顶点和存储传输顶点的示意图。图6是本专利技术中添加各种空间信息网络顶点后的有向图。图7是本专利技术中添加各种功能弧后的有向图。具体实施方式以下结合附图和实例对本专利技术进行详细说明，实例仅用于说明本专利技术，并不构成对本专利技术的任何限制。本专利技术的实现是基于空间信息网络场景进行的。参照图1，本专利技术使用的空间信息网络，包含卫星、地面站gs1和待观测目标，其中卫星包括一颗位于同步轨道的中继卫星rs1和两颗低轨观测卫星，即第一观测卫星为os1，第二观测卫星为os2；两个待观测目标，即第一观测目标为ob1，第二观测目标为ob2。观测卫星的数据收集速率为rc，观测卫星到中继卫星的链路传输速率为rt，观测卫星到地面站的链路传输速率为rg，中继卫星到地面站的链路传输速率为rr。观测卫星、中继卫星和地面站的存储容量分别为bo、br、bg，观测卫星的计算容量为ms。网络的规划周期为4τ，在规划周期内观测卫星和待观测目标、中继卫星以及地面站之间的可见情况如图3所示，图3中横轴表示时间，纵轴表示是否可见，每条线表示一对节点间的可见关系，状态1表示可见，状态0表示不可见。参见图2，本专利技术空间信息网络多维资源一体化表征方法，其实现步骤如下：步骤1，对待表征的空间信息网络进行初始化。初始化观测卫星集合OS＝{os1,os2}，其中os1、os2分别代表两颗低轨观测卫星；初始化中继卫星集合RS＝{rs1}，其中rs1代表一颗位于同步轨道的中继卫星；初始化地面站集合GS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间信息网络多维资源一体化表征方法，包括：(1)初始化待表征空间信息网络的观测卫星顶点集合OS＝{os

【技术特征摘要】
1.一种空间信息网络多维资源一体化表征方法，包括：(1)初始化待表征空间信息网络的观测卫星顶点集合OS＝{os1,os2,...,osn}，中继卫星顶点集合RS＝{rs1,rs2,...,rsn}，地面站顶点集合GS＝{gs1,gs2,...,gsn}，待观测目标顶点集合OB＝{ob1,ob2,...,obn}和虚拟顶点vr。其中osi表示第i个观测卫星顶点，rsi表示第i个中继卫星顶点，gsi表示第i个地面站顶点，obi表示第i个待观测目标顶点，i∈[1,n],n∈[1,+∞)；(2)初始化一张空白的有向图，将有向图的规划周期T划分为M个时隙，每个时隙的长度为τ＝T/M,T∈(0,+∞),M∈[1,+∞)；(3)在步骤(2)中的有向图的每个时隙τ中添加步骤(1)中初始化的空间信息网络顶点，即观测卫星顶点、中继卫星顶点、地面站顶点、待观测目标顶点和虚拟顶点；(4)将步骤(1)中初始化的各种集合导入到SatelliteToolKit软件中，根据该软件中的星历表判断每个时隙τ内观测卫星与待观测目标可见关系，及中继卫星与地面站之间的可见关系，并对这些可见关系进行记录；(5)在步骤(3)有向图中的各顶点之间添加不同功能的弧，完成对资源关系时变图的构建：(5a)根据步骤(4)中记录的可见关系，在步骤(3)有向图中的各顶点之间添加观测弧和传输弧：如果在每个时隙τ内观测卫星与待观测目标相互可见，则在观测卫星顶点与待观测目标顶点之间添加观测弧；如果在每个时隙τ内观测卫星与中继卫星相互可见，则在观测卫星顶点与中继卫星顶点之间添加传输弧；如果在每个时隙τ内观测卫星与地面站相互可见，则在观测卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧；根据中继卫星顶点与地面站顶点始终可见的特性，在每一个时隙的中继卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧；(5b)在观测卫星顶点、中继卫星顶点和地面站顶点的相邻时隙之间添加存储弧，在观测卫星顶点与虚拟顶点之间添加计算弧，至此完成对资源关系时变图的构建；(6)使用资源关系时变图中的各种功能的弧表征空间信息网络中的各种资源。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3)中在有向图中添加观测顶点、存储顶点、传输顶点和虚拟顶点，按如下步骤进行：(3a)将第k个时隙的观测卫星顶点拆分成成像仪顶点图像压缩模块顶点和存储传输顶点这三部分，其中i表示各种顶点的第i个，i∈[1,n]，n表示各种顶点的上界，n∈[1,+∞)，k表示第k个时隙，k∈[1,M]，M表示时隙的个数，M∈[1,+∞)；(3b)在有向图的第k层添加成像仪顶点图像压缩模块顶点存储传输顶点中继卫星顶点地面站顶点待观测目标顶点这四种顶点按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛敏，刘润滋，朱彦，李建东，徐超，汪宇，周笛，何立军，贾子晔，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61