一种卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法技术

本发明专利技术公开了一种卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法，该方法包括：构建Poincar

【技术实现步骤摘要】
一种卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法


[0001]本专利技术涉及卫星通信
，尤其涉及一种卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法。

技术介绍

[0002]与地面通信系统相比，卫星通信系统具有覆盖范围广和不受地形条件限制的显著优势，在服务空中、海上、沙漠、山地和偏远、无人区域用户方面以及应对地震、洪水等自然灾害导致的地面通信基础设施损坏方面，发挥着不可替代的作用；随着科技的飞速进步，低轨星座的迅猛发展，空间低轨星座卫星的卫星节点数日益增加，这导致了各星座卫星通信中链路数以指数性增长。传统欧氏空间中仅能适应多项式层级的增长模式，在传统欧氏空间下的卫星通信网络嵌入模型已经很难满足如今飞速发展的卫星通信网络的现状。非欧空间属于欧几里得几何空间的扩展，双曲空间是常负曲率空间，相较于欧氏空间，它的容量更大，更适应大规模复杂网络的分析建模，更易于低维嵌入表示的复杂数据建立更符合实际系统的模型。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法，能够通过将卫星通信网络映射到双曲空间中，从而得到更为贴合实际系统的模型，更好地适应如今日益增长的卫星数目以及其网络连通度呈指数性的爆炸增长，为大规模多星复杂卫星通信网络提供了一种低维、高效、准确的嵌入方式，从而降低大规模多星复杂卫星通信网络路由优化、容量优化等计算量，缩短计算时间。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例公开了一种卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法，所述方法包括：
[0005]S1，构建Poincar
é
球模型；所述Poincar
é
球模型由若干个开放的d维单位球和黎曼度量张量表示；预设第一卫星网络模型，预设第二卫星网络模型；
[0006]S2，构建卫星通信网络；所述卫星通信网络由若干颗卫星构成，每颗卫星设定为一个卫星节点；
[0007]S3，在欧氏空间中，利用所述第一卫星网络模型表示所述卫星通信网络；对所述第一卫星网络模型中两个卫星节点，利用元路径进行计算，得到两个卫星节点之间存在边的第一概率；
[0008]S4，在双曲空间中，利用所述Poincar
é
球模型，将所述第一卫星网络模型映射为所述第二卫星网络模型；
[0009]计算所述第二卫星网络模型中两卫星节点之间存在边的第二概率，得到所述边的第二概率最大值；
[0010]S5，预设时延阈值、误码率阈值；
[0011]筛选所述第二卫星网络模型中卫星节点，及其邻居卫星节点，得到所述卫星节点
的负类型节点和非负类型节点；
[0012]处理所述卫星节点，及其负类型节点和非负类型节点，得到所述卫星节点与其邻居卫星节点之间存在边的概率最大化模型；
[0013]S6，利用黎曼梯度下降法，优化所述概率最大化模型，得到卫星通信网络的双曲嵌入表示更新模型。
[0014]作为一种可选的实施方式，在本专利技术实施例中，所述Poincar
é
球模型的表示方法为：
[0015]所述Poincar
é
球模型用若干个开放的d维单位球D
d
和黎曼度量张量来表示，计算公式为：
[0016]D
d
＝{x∈R
d
:||x||＜1}
[0017][0018][0019]式中，R
d
为d维实数域，λ
x
为张量g
E
的常数倍数，D
d
为d维单位球，x∈D
d
，g
E
为欧几里得度量张量，令g
E
＝I，为黎曼度量张量。
[0020]作为一种可选的实施方式，在本专利技术实施例中，所述第一卫星网络模型，包括：
[0021]所述卫星通信网络由卫星节点v
i
构成，i＝1,2,...n，n为所述卫星通信网络中的卫星节点的数量；所述卫星节点v
i
构成卫星节点集合V；
[0022]所述卫星通信网络中，任意两个卫星节点之间的有向连接设定为一条边；
[0023]卫星节点v
i
到卫星节点v
j
的边为有向边e
ij
，i,j＝1,2,...n，所述有向边e
ij
构成有向边集合E；
[0024]在欧氏空间中，将所述卫星通信网络表示为G(V,E)，v
i
∈V，e
ij
∈E，i,j＝1,2,...n，G(V,E)为第一卫星网络模型。
[0025]作为一种可选的实施方式，在本专利技术实施例中，所述对所述第一卫星网络模型中两个卫星节点，利用元路径进行计算，得到两个卫星节点之间存在边的第一概率，包括：
[0026]所述元路径为：
[0027][0028]所述卫星通信网络中卫星节点v
i
与卫星节点v
j
存在边e
ij
的第一概率p
ij
为：
[0029][0030]式中，γ
ij
为卫星节点v
i
与卫星节点v
j
之间的信道时延，Γ为时延阈值，ξ
ij
为卫星节点v
i
与卫星节点v
j
之间的信道误码率，Ξ为误码率阈值，W(γ
ij
,ξ
ij
)是关于信道时延γ
ij
与信道误码率ξ
ij
的函数；当p
ij
＞0时，将卫星节点v
j
称为卫星节点v
i
的邻居卫星节点。
[0031]作为一种可选的实施方式，在本专利技术实施例中，所述第一卫星网络模型映射为第二卫星网络模型，包括：
[0032]所述第一卫星网络模型G(V,E)，映射为双曲空间中所述第二卫星网络模型Θ，方
法为：
[0033][0034]式中，θ
i
表示所述第二卫星网络模型中的卫星节点，i＝1,2,...|V|，|V|为映射后卫星节点θ
i
的个数。
[0035]作为一种可选的实施方式，在本专利技术实施例中，所述处理所述卫星节点，及其负类型节点和非负类型节点，得到所述卫星节点与其邻居卫星节点之间存在边的概率最大化模型，包括：
[0036]最小化所述卫星节点与所述卫星节点的负类型节点之间存在边的概率；
[0037]最大化所述卫星节点与所述卫星节点的非负类型节点之间存在边的概率；
[0038]得到所述卫星节点与其邻居卫星节点之间存在边的概率最大化模型。
[0039]作为一种可选的实施方式，在本专利技术实施例中，所述计算所述第二卫星网络模型中两卫星节点之间存在边的第二概率，得到所述边的第二概率最大值，方法包括：
[0040]S41，所述卫星节点θ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法，其特征在于，所述方法包括：S1，构建Poincar
é
球模型；所述Poincar
é
球模型由若干个开放的d维单位球和黎曼度量张量表示；预设第一卫星网络模型，预设第二卫星网络模型；S2，构建卫星通信网络；所述卫星通信网络由若干颗卫星构成，每颗卫星设定为一个卫星节点；S3，在欧氏空间中，利用所述第一卫星网络模型表示所述卫星通信网络；对所述第一卫星网络模型中两个卫星节点，利用元路径进行计算，得到两个卫星节点之间存在边的第一概率；S4，在双曲空间中，利用所述Poincar
é
球模型，将所述第一卫星网络模型映射为所述第二卫星网络模型；计算所述第二卫星网络模型中两卫星节点之间存在边的第二概率，得到所述边的第二概率最大值；S5，预设时延阈值、误码率阈值；筛选所述第二卫星网络模型中卫星节点，及其邻居卫星节点，得到所述卫星节点的负类型节点和非负类型节点；处理所述卫星节点，及其负类型节点和非负类型节点，得到所述卫星节点与其邻居卫星节点之间存在边的概率最大化模型；S6，利用黎曼梯度下降法，优化所述概率最大化模型，得到卫星通信网络的双曲嵌入表示更新模型。2.根据权利要求1所述的卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法，其特征在于，所述Poincar
é
球模型的表示方法为：所述Poincar
é
球模型用若干个开放的d维单位球D
d
和黎曼度量张量g
xD
来表示，计算公式为：D
d
＝{x∈R
d
:||x||＜1}:||x||＜1}式中，R
d
为d维实数域，λ
x
为张量g
E
的常数倍数，D
d
为d维单位球，x∈D
d
，g
E
为欧几里得度量张量，令g
E
＝I，为黎曼度量张量。3.根据权利要求1所述的卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法，其特征在于，所述第一卫星网络模型，包括：所述卫星通信网络由卫星节点v
i
构成，i＝1,2,...n，n为所述卫星通信网络中的卫星节点的数量；所述卫星节点v
i
构成卫星节点集合V；所述卫星通信网络中，任意两个卫星节点之间的有向连接设定为一条边；卫星节点v
i
到卫星节点v
j
的边为有向边e
ij
，i,j＝1,2,...n，所述有向边e
ij
构成有向边集合E；在欧氏空间中，将所述卫星通信网络表示为G(V,E)，v
i
∈V，e
ij
∈E，i,j＝1,2,...n，G(V,E)为第一卫星网络模型。
4.根据权利要求1所述的卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法，其特征在于，所述对所述第一卫星网络模型中两个卫星节点，利用元路径进行计算，得到两个卫星节点之间存在边的第一概率，包括：所述元路径为：所述卫星通信网络中卫星节点v
i
与卫星节点v
j
存在边e
ij
的第一概率p
ij
为：式中，γ
ij
为卫星节点v
i
与卫星节点v
j
之间的信道时延，Γ为时延阈值，ξ
ij
为卫星节点v
i
与卫星节点v
j
之间的信道误码率，Ξ为误码率阈值，W(γ
ij
,ξ
ij
)是关于信道时延γ
ij
与信道误码率ξ
ij
的函数；当p
ij
＞0时，将卫星节点v
j
称为卫星节点v
i
的邻居卫星节点。5.根据权利要求1所述的卫星通信网络的双曲空间嵌入表示方法，其特征在于，所述第一卫星网络模型映射为第二卫星网络模型，包括：所述第一卫星网络模型G(V,E)，映射为双曲空间中所述第二卫星网络模型Θ，方法为：式中，θ
i
表示所述第二卫星网络模型中的卫星节点，i＝1,2,...|V，|V|为映射后卫星节点θ
i
的个数。6.根据权利要求1所述的卫星通信网络的双曲空间嵌入...

【专利技术属性】
技术研发人员：何元智，付华珺，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院网络信息研究所，
类型：发明
国别省市：