一种基于改进蜂群算法的卫星网络重构方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进蜂群算法的卫星网络重构方法，包括以下步骤：定义卫星网络模型以及相关评价指标；建立多目标约束模型；基于改进蜂群算法的拓扑重构。本发明专利技术具有群智启发的特性，在解决卫星网络损坏时如何选择卫星节点进行链路连接问题时，通过仿照蜂群寻蜜过程来完成尝试链路迭代测试，可有效的减少卫星网络的重构时间。本发明专利技术改进了位置更新公式，在原公式的基础上加上全局影响因子，改变传统算法本身的局限性，同时通过加入影响因子，来控制寻优的步长，可人为控制寻优时间，减少算法收敛时间，使其可应用于解决卫星网络拓扑重构问题。本发明专利技术提高了卫星网络的资源利用率，有效改善了卫星网络拓扑连接情况，延长了卫星网络使用寿命。

A Satellite Network Reconfiguration Method Based on Improved Bee Colony Algorithms

The invention discloses a satellite network reconstruction method based on improved bee colony algorithm, which includes the following steps: defining satellite network model and related evaluation indexes; establishing multi-objective constraint model; and topology reconstruction based on improved bee colony algorithm. The invention has the characteristics inspired by swarm intelligence. When solving the problem of how to select satellite nodes for link connection when satellite network is damaged, the trial link iteration test can be completed by imitating the bee swarm honey seeking process, which can effectively reduce the reconfiguration time of satellite network. The invention improves the position updating formula, adds the global influence factor on the basis of the original formula, changes the limitation of the traditional algorithm itself, and at the same time, controls the optimization step by adding the influence factor, can control the optimization time artificially, reduces the convergence time of the algorithm, so that it can be applied to solve the problem of satellite network topology reconfiguration. The invention improves the resource utilization rate of the satellite network, effectively improves the topological connection of the satellite network, and prolongs the service life of the satellite network.

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进蜂群算法的卫星网络重构方法
本专利技术涉及卫星网络拓扑重构技术，特别是一种基于改进蜂群算法的卫星网络重构方法。
技术介绍
随着航天技术的快速发展，“天空地一体化”的卫星网络框架逐步形成，作为地面与天空通信的媒介---卫星网络，将承担大量的信息获取、传送和分发的重任。然而，由于卫星节点的移动性、无线通信的脆弱性以及外太空空间内所存在的不确定等性因素影响，导致卫星网络的通信性能会随着拓扑结构的变化而变化，甚至有可能会因局部卫星节点失效所引起的拓扑分割最终导致通信网络的整体失效。因此，如何动态维持卫星网络拓扑结构的稳定性、通信的可靠性和网络整体的抗毁性，成为了国内外研究热点。卫星网络的拓扑重构问题是一个多约束的组合优化问题，需要考虑卫星间的可见性、可连通时间和可连接度等方面约束。卫星网络拓扑重构的目标是在资源受限的前提下满足链路连通时间和连接度的要求，通过将卫星网络中具有剩余连接度的卫星节点进行链路选择链接，提高卫星网络的抗毁性，保证卫星网络的通信效率。目前，出现不少针对卫星网络拓扑重构重构算法研究。赵志刚等人通过动态路由的方式检测故障链路，采用传统的功率控制方式进行链路重构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进蜂群算法的卫星网络重构方法，其特征在于：包括以下步骤：A、定义卫星网络模型以及相关评价指标A1、本专利技术着眼于卫星节点和链路所组成的卫星网络拓扑重构优化设计问题，暂不考虑地面固定卫星站、地面移动卫星站、地面控制中心对卫星网络拓扑结构抗毁性的影响；因此，卫星网络模型表示为：G＝{Sat,Link}其中，Sat代表卫星网络中卫星节点的集合，Link表示卫星网络中链路的集合；A2、将卫星节点模型表示为：Sat＝{s,degree,latent}其中，s表示卫星节点编号、s∈(1,2,...,N)；degree为卫星节点的连接度；latent表示此卫星节点存在潜在链路的个数；在卫星网...

【技术特征摘要】
1.一种基于改进蜂群算法的卫星网络重构方法，其特征在于：包括以下步骤：A、定义卫星网络模型以及相关评价指标A1、本发明着眼于卫星节点和链路所组成的卫星网络拓扑重构优化设计问题，暂不考虑地面固定卫星站、地面移动卫星站、地面控制中心对卫星网络拓扑结构抗毁性的影响；因此，卫星网络模型表示为：G＝{Sat,Link}其中，Sat代表卫星网络中卫星节点的集合，Link表示卫星网络中链路的集合；A2、将卫星节点模型表示为：Sat＝{s,degree,latent}其中，s表示卫星节点编号、s∈(1,2,...,N)；degree为卫星节点的连接度；latent表示此卫星节点存在潜在链路的个数；在卫星网络的背景下，卫星节点携带天线数目受其表面积的约束，故卫星节点链路连接度是卫星网络的重要约束条件之一；潜在链路的发现取决于可见性和链路的连接时间，具体定义如下：定义1：每颗卫星节点均处于高速运动状态，由于卫星在其轨道内运行受到地球和大气层的遮挡，所以两颗卫星所形成的链路长度存在一个最大值，即最大可见链路长度；两颗卫星节点之间的星间链路长度表示为如下公式：其中，R为地球半径；hA、hB分别为卫星A与卫星B所在的轨道高度；ξ为地心角；但在实际情况中，由于星间链路受到地球的遮挡，故任意两颗处于不同轨道的卫星在某一时刻，它们之间的星间链路长度存在一个最大值，即为最大可见链路长度；此时，卫星A与卫星B之间的链路长度dAB为其最大可见链路长度，用下式表示：即：当两颗卫星间链路长度dAB满足dAB≤dmax，地心角ξ满足ξ≤ξmax时，两颗卫星可见；否则，两颗卫星不可见，即不存在潜在链路；定义2：由于卫星网络拓扑具有时变性，所以星间链路在连接和断开两个状态间频繁切换；若要建立稳定的卫星网络结构，则需对星间链路连接时间加以分析；链路连接时间TLink(i,j)是指卫星节点i和卫星节点j从建立链路开始，到链路断开的这一段时间，用以下公式表示：TLink(i,j)＝Tend(i,j)-Tstart(i,j)其中，Tstart(i,j)和Tend(i,j)分别表示卫星节点i和卫星节点j之间链路的建立时刻和链路断开的时刻；为了减小星间链路频繁切换，定义最小连接时间Tmin，只有当TLink(i,j)≥Tmin时才具备建立链路的条件；A3、卫星网络结构拓扑图R中wij表示卫星节点i和卫星节点j之间的边权值，其中边权值表示卫星节点之间信息流通的难易程度，数值越小信息流通越容易，卫星网络传输效率越高；定义边权值为两卫星节点之间最短路径上的边数，用d表示；网络效率指标E定义为：其中对dij取倒数避免卫星节点在不连通情况下卫星网络中卫星节点距离为∞的情况；B、建立多目标约束模型将卫星网络的拓扑重构问题描述为：给定卫星网络模型G(Sat,Link)和正整数q，如何合理的选择有限卫星节点集Sat`，添加有限...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘成胜，蔡睿妍，杨力，李金，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21