一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法技术

本发明专利技术提供一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法，解决了当前一体化网络多维资源建模过程中存在的一些问题。通过引入树状结构，根据一体化网络中的节点特征构建自上而下，层层递进的节点树，解决不同网络、不同设备节点的差异性描述问题。通过树内节点的插入、合并操作，将一体化网络由于时变特性所产生的新资源节点插入所构建的初始资源树中，合并连续时隙资源节点，优化一体化网络时变特性所产生的节点数量线性增长问题。通过树内节点的层次性和独立性特性，针对每层节点均可设计具有差异性的多维资源拆分方法，以及对新增类型设备或节点所涉及的资源维度设计个性化多维资源拆分方法，解决多维资源拓展难、新类型资源拆分难问题。型资源拆分难问题。型资源拆分难问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法


[0001]本专利技术涉及空天地一体化网络多维资源建模领域，属于一种基于树结构的多维资源模型的定义、创建、更新过程，以及一种基于该模型的资源分配方法，具体为一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法。

技术介绍

[0002]空天地一体化网络其结构主要包括天基网络、空基平台、地基网络三层物理架构，其中天基网络中包含天基骨干网和天基接入网，一般由高中低轨卫星组成；空基平台则由无人机等飞行器组成，作为天基网络的可移动性补充和增强；而地基网络则通过地基骨干节点联系天基和空基，并通过地基节点网传输给各类网络用户。整体网络立体感突出且囊括海陆空全域，呈现多层异构性特点，对应的网络内的资源也因物理设备的差异性产生巨大的差异。这些网络特性使得空天地一体化网络对资源的建模有了更高的要求。
[0003]现有基于节点
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链路拓扑图方法描述的空天地一体化网络多维资源的建模方法，利用图模型对全网的节点和链路拓扑结构进行描述，虽然能够很好的描述全网节点与节点之间的通断、位置、时间等状态信息，但随着网络内不同结构不同属性的设备差异化管理日益成熟。如何在拓扑图中更加直观的体现这种差异化，是如今一体化网络的重点问题之一。
[0004]空天地一体化网络存在强时变特性，随着时间变化节点间的通断、位置甚至资源量等信息往往也会随之变化，现有基于拓展时变图方法的资源建模方法，往往随着业务规划时隙的扩充，图内节点数量呈线性增长，而图内节点数量的不断增多，大大降低了后续的各种路径规划、重路由等算法的效率，因此如何有效降低空天地一体化网络时变特性所带来的节点数量增多也是目前研究的重难点之一。
[0005]随着空天地一体化网络接入的设备越来越多，出现的可利用资源的类别和维度也日益增多，传统的一体化资源建模方法中，如果对多维资源进行建模往往使得网络拓扑图的复杂度呈倍数增长，不利于后续的资源分配，因此传统资源建模方法更多的只考虑其中某一维或者少数几维资源，例：节点和链路资源。忽略了网络中其他资源的限制和约束，因此如何进行资源维度的扩充也是如今空天地一体化网络的研究点之一。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0008]一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1，空天地一体化网络资源树的结构定义：对一体化网络中涉及的节点进行归类，确定资源树结构中包含的节点类型；
[0010]步骤2，将空天地一体化网络中所有资源按照时间进行等时划分，切分成多个时隙片段；
[0011]步骤3，构建初始资源树模型，根据网络场景构建初始资源树，实现对网络场景的资源刻画；
[0012]步骤4，通过插入、合并其他时隙的资源节点对资源树结构进行变更，实现一体化网络中资源的时变动态描述；
[0013]步骤5，通过叶子节点的分裂、更新操作实现一体化网络的资源分配方法。
[0014]优选的，步骤1中，根据空天地一体化网络资源树的结构定义资源树结构中包含的节点类型包括域节点、设备节点、时间序列节点和资源维度节点。
[0015]优选的，步骤2中，将可预测的全网资源按照时间切分成若干等时隙片段，并统计各个时隙片段内所有设备各维度的资源量。
[0016]优选的，步骤3中，构建初始资源树模型包括网络节点构建和网络资源构建，分别用以表征节点和节点之间关系及节点与资源之间的关系。
[0017]进一步的，网络节点的构建方法如下：
[0018]从网络间的从属关系出发，以根节点作为全网的根节点，向下引出次级子网作为子节点，并采用递归方式以子网作为父节点继续引出下一级子网作为子节点，直至子节点均是设备节点为止，最终形成一种多层子网的树状结构；
[0019]从节点的属性出发，通过聚类方法，聚集相似节点形成域节点，将域节点作为个体再次聚类出上一级域节点，递归聚类，直至所有域节点聚集为单一节点，即全网域节点。
[0020]更进一步的，通过网络节点的构建，自上而下或自下而上的完成网络节点树状结构的刻画，即形成节点树，表征网络内节点和节点之间的关系。
[0021]进一步的，网络资源的构建方法如下：
[0022]对已经建立的节点树内所有叶子以时间维度作为划分依据，将设备资源划分为多个时隙，即时间序列，以资源维度进行拆分，并根据所获取的初始时隙内各维度资源量，生成资源维度节点，作为时间序列节点的子节点，形成节点
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时间
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资源的三层树状结构，表征节点和资源之间的关系。
[0023]更进一步的，所述的一种基于树结构的空天地一体化网络的资源建模方法，其特征在于，每个节点树内所有叶子通过多维拆分方法，用于一体化网络的整体资源便于管理，具体方法如下：
[0024]对空天地一体化整体网络涉及的虚拟资源进行正交解耦，整合为独立互不干扰的五种能力资源，所述五种能力资源包括：观测能力资源、处理能力资源、观测能力资源、传输能力资源和测控能力资源；则一体化网络下的所有节点均采用能力资源拆分方法，用于一体化网络的整体资源便于管理；不同节点之间所包含的能力资源维度数量、能力资源与虚拟资源映射类型及数量、能力资源与虚拟资源类型映射数值均可不同。
[0025]优选的，步骤4中，资源树结构变更所采用树节点的插入方法包括插入新增节点资源和插入新增时隙资源；再通过将具有连续时隙的多个叶子节点的合并的方法，来简化资源树模型的节点数量，降低模型的复杂度。
[0026]优选的，步骤5中，在利用资源树模型进行资源分配时，通过对叶子节点的分裂操作实现业务对资源的使用或预留，再通过更新操作维护资源树剩余可用资源，以便于后续任务的资源分配。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0028]本专利技术公开了一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法，有效的解决了当前一体化网络多维资源建模过程中存在的一些问题。其中，通过引入树状结构，根据一体化网络中的节点特征构建自上而下，层层递进的节点树，解决不同网络、不同设备节点的差异性描述问题。通过树内节点的插入、合并操作，将一体化网络由于时变特性所产生的新资源节点插入所构建的初始资源树中，合并连续时隙资源节点，优化一体化网络时变特性所产生的节点数量线性增长问题。通过树内节点的层次性和独立性特性，针对每层节点均可设计具有差异性的多维资源拆分方法，以及对新增类型设备或节点所涉及的资源维度设计个性化多维资源拆分方法，可解决多维资源拓展难、新类型资源拆分难问题。
附图说明
[0029]图1为本专利技术中资源树结构图；
[0030]图2为本专利技术中资源树四类节点类型关系图；
[0031]图3为本专利技术中自上而下建立节点树示意图；
[0032]图4为本专利技术中自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，空天地一体化网络资源树的结构定义：对一体化网络中涉及的节点进行归类，确定资源树结构中包含的节点类型；步骤2，将空天地一体化网络中所有资源按照时间进行等时划分，切分成多个时隙片段；步骤3，构建初始资源树模型，根据网络场景构建初始资源树，实现对网络场景的资源刻画；步骤4，通过插入、合并其他时隙的资源节点对资源树结构进行变更，实现一体化网络中资源的时变动态描述；步骤5，通过叶子节点的分裂、更新操作实现一体化网络的资源分配方法。2.根据权利要求1所述的一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法，其特征在于，步骤1中，根据空天地一体化网络资源树的结构定义资源树结构中包含的节点类型包括域节点、设备节点、时间序列节点和资源维度节点。3.根据权利要求1所述的一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法，其特征在于，步骤2中，将可预测的全网资源按照时间切分成若干等时隙片段，并统计各个时隙片段内所有设备各维度的资源量。4.根据权利要求1所述的一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法，其特征在于，步骤3中，构建初始资源树模型包括网络节点构建和网络资源构建，分别用以表征节点和节点之间关系及节点与资源之间的关系。5.根据权利要求4所述的一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模方法，其特征在于，所述网络节点的构建方法如下：从网络间的从属关系出发，以根节点作为全网的根节点，向下引出次级子网作为子节点，并采用递归方式以子网作为父节点继续引出下一级子网作为子节点，直至子节点均是设备节点为止，最终形成一种多层子网的树状结构；从节点的属性出发，通过聚类方法，聚集相似节点形成域节点，将域节点作为个体再次聚类出上一级域节点，递归聚类，直至所有域节点聚集为单一节点，即全网域节点。6.根据权利要求5所述的一种基于树结构的空天地一体化网络多维资源建模...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲桦，赵季红，余涌越，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：