低轨卫星网络流量传输优化和能耗均衡方法技术

本发明专利技术涉及一种低轨卫星网络流量传输优化和能耗均衡方法，通过计算低轨卫星网络各个节点执行传输和计算存储类网络流量业务时的传输能耗、队列能耗和计算能耗，实时更新各个节点能耗占比，并结合星间链路距离生成节点距离能耗因子，利用最短路径算法寻找信源到信宿的最小距离能耗因子之和链路，优化流量传输路径，通过每次任务的不断迭代优化全网能耗分布，实现减缓核心节点寿命损耗，充分利用闲置低能耗节点，提升全网卫星能耗均衡性。提升全网卫星能耗均衡性。提升全网卫星能耗均衡性。

【技术实现步骤摘要】
低轨卫星网络流量传输优化和能耗均衡方法


[0001]本专利技术涉及卫星
，具体涉及一种低轨卫星网络流量传输优化和能耗均衡方法。

技术介绍

[0002]近些年来，低轨卫星网络逐步成为当前发展卫星网络的核心力量，其具有可批量部署、低时延、大带宽和海量接入的特点，可满足当前背景下日益增加的多样化用户需求及面向全球的实时端到端覆盖性。
[0003]然而，随着低轨卫星网络节点数的不断增多，以及星上业务量的爆发式增长，传统的星间流量调度方法极易导致众多流量长期占用某些卫星节点，其他节点产生闲置，造成星上资源的浪费，且网络任务的集中性也会增加部分卫星节点能耗，缩短卫星寿命。
[0004]现阶段很多方法着眼于通过硬件优化或材料更新降低星上耗能，减缓卫星寿命衰老，从而降低全网网络总能耗，但是成本较高且不具备扩展性。
[0005]因此，亟需一种以流量调度为基础，无需更新卫星设备，充分利用闲置卫星或低能耗卫星与核心节点协同合作，以较低的成本提升全网节点能耗均衡性的方法。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术旨在解决上述问题，提出一种低轨卫星网络流量传输优化和能耗均衡方法。
[0007]本专利技术实施例的低轨卫星网络流量传输优化和能耗均衡方法包括：
[0008]S100，构建低轨卫星网络，并形成相应的低轨卫星网络拓扑矩阵；
[0009]S200，根据所述低轨卫星网络拓扑矩阵，生成各个节点资源有向图集合，并生成传输类业务和计算存储类业务；
[0010]S300，为所述低轨卫星网络中每颗卫星设置初始通信能耗阈值，并计算卫星能耗占比，更新各节点距离能耗因子；
[0011]S400，确定当前网络业务中最小距离能耗因子之和的链路路径，并输出相应链路途经节点；
[0012]S500，计算每个节点的总能耗，更新当前节点的排队队列深度，并更新网络各节点距离能耗因子；
[0013]S600，回到所述S400，进行对下一次网络业务的处理，直至所有业务流量传输完成，输出各个节点的能耗状态。
[0014]在本专利技术的优选实施例中，所述S100包括：
[0015]利用STK软件构建所述低轨卫星网络，其中，所述低轨卫星网络包括M个轨道平面，每个轨道平面有N颗低轨卫星组成；
[0016]并采用MATLAB工具与STK软件进行联调，输出卫星节点间的可见性以及星间链路距离，从而生成网络拓扑快照，并形成相应的低轨卫星网络拓扑矩阵。
[0017]在本专利技术的优选实施例中，所述S200包括：
[0018]S210，确定所述低轨卫星网络内节点N1，N2，N3...N
n
的网络节点集V
t
：
[0019]V
t
＝{N1，N2，N3...N
n
}
[0020]S220，在相邻节点间根据可视化建立虚拟链路集L
t
：
[0021]L
t
＝{l
12
...L
ij
...L
(n
‑
1)n
}
[0022]其中，若星间可视则L
ij
＝1，不可视则L
ij
＝0，L
ij
表示相邻两节点N
i
，N
j
的可视化链路；
[0023]S230，计算节点间星间距离归一化后的距离集D
t
，D
t
包括所有可视化链路的星间归一化距离，每条可视化链路的归一化的距离D
i，j
：
[0024][0025]其中，表示所有可视化链路中最大星间的距离，d
i，j
表示每条可视化链路上的星间距离；
[0026]S240，确定星间链路最大传输速率集C
ij
：
[0027][0028]其中，B为星间链路信道带宽，k为卫星节点i到卫星节点j的传输功率，G
ij
为卫星节点i到卫星节点j的视距通信系数，g
ij
为卫星节点i到卫星节点j的信道功率增益，N
o
是信道功率谱密度；
[0029]S250，根据卫星各节点能耗占比e
j
，生成能耗占比集E
t
：
[0030]E
t
＝{e1，e2，...，e
j
}
[0031]S260，根据V
t
、L
t
、D
t
、C
ij
和E
t
，确定所述低轨卫星网络中各个节点资源有向图集合G
t
；
[0032]S270，确定网络业务总量为X(x1，x2，...x
a
)，其中包括所述传输类任务为X1(x1，x2，...x
b
)，以及所述计算存储类任务为X2(x
b+1
，x
b+2
，...x
a
)，X＝X1∪X2，且
[0033]S280，以业务流量包头的标识符区分所述传输类任务和所述计算存储类任务，按照预定的比例将业务流量分为两部分，一部分用于数据的存储压缩，另一部分用于计算。
[0034]在本专利技术的优选实施例中，所述S300包括：
[0035]S310，为每颗卫星设置初始能耗阈值为P
j
，P
j
为卫星执行网络业务的最大能耗；
[0036]S320，计算卫星能耗占比e
j
：
[0037][0038]P
cj
＝P
Tj
+P
Sj
+P
Dj
[0039]其中，P
cj
表示卫星节点j执行一次网络业务所消耗的总能量，P
Tj
表示卫星节点j在接受业务流量后向下一节点传输所消耗的能量，P
Sj
表示节点星上队列排队所产生的能耗，P
Dj
表示星上处理计算能耗；
[0040]S330，更新网络各节点距离能耗因子Q
ij
＝d
ij
·
e
j
，Q
ij
为当前节点j与上一节点i的
星间距离乘以节点j的能耗占比e
j
。
[0041]在本专利技术的优选实施例中，所述S400包括：
[0042]在每次业务传输开始阶段，均利用最短路径算法确定从信源到信宿距离能耗因子之和最短的路径，公式为：
[0043][0044]并输出所得链路路径上各个节点的路径集Path_V
t
。
[0045]在本专利技术的优选实施例中，所述S500包括：
[0046]a、在传输类业务中，每个节点的总能耗P
cj<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星网络流量传输优化和能耗均衡方法，其特征在于，所述方法包括：S100，构建低轨卫星网络，并形成相应的低轨卫星网络拓扑矩阵；S200，根据所述低轨卫星网络拓扑矩阵，生成各个节点资源有向图集合，并生成传输类业务和计算存储类业务；S300，为所述低轨卫星网络中每颗卫星设置初始通信能耗阈值，并计算卫星能耗占比，更新各节点距离能耗因子；S400，确定当前网络业务中最小距离能耗因子之和的链路路径，并输出相应链路途经节点；S500，计算每个节点的总能耗，更新当前节点的排队队列深度，并更新网络各节点距离能耗因子；S600，回到所述S400，进行对下一次网络业务的处理，直至所有业务流量传输完成，输出各个节点的能耗状态。2.根据权利要求1所述的低轨卫星网络流量传输优化和能耗均衡方法，其特征在于，所述S100包括：利用STK软件构建所述低轨卫星网络，其中，所述低轨卫星网络包括M个轨道平面，每个轨道平面有N颗低轨卫星组成；并采用MATLAB工具与STK软件进行联调，输出卫星节点间的可见性以及星间链路距离，从而生成网络拓扑快照，并形成相应的低轨卫星网络拓扑矩阵。3.根据权利要求1所述的低轨卫星网络流量传输优化和能耗均衡方法，其特征在于，所述S200包括：S210，确定所述低轨卫星网络内节点N1，N2，N3...N
n
的网络节点集V
t
：V
t
＝{N1，N2，N3...N
n
}S220，在相邻节点间根据可视化建立虚拟链路集L
t
：L
t
＝{L
12
...L
ij
...L
(n
‑
1)n
}其中，若星间可视则L
ij
＝1，不可视则L
ij
＝0，L
ij
表示相邻两节点N
i
，N
j
的可视化链路；S230，计算节点间星间距离归一化后的距离集D
t
，D
t
包括所有可视化链路的星间归一化距离，每条可视化链路的归一化的距离D
i，j
：其中，表示所有可视化链路中最大星间的距离，d
i，j
表示每条可视化链路上的星间距离；S240，确定星间链路最大传输速率集C
ij
：其中，B为星间链路信道带宽，k为卫星节点i到卫星节点j的传输功率，G
ij
为卫星节点i到卫星节点j的视距通信系数，g
ij
为卫星节点i到卫星节点j的信道功率增益，N
o
是信道功率谱密度；S250，根据卫星各节点能耗占比e
j
，生成能耗占比集E
t
：
E
t
＝{e1，e2，...，e
j
}S260，根据V
t
、L
t
、D
t
、C
ij
和E
t
，确定所述低轨卫星网络中各个节点资源有向图集合G
t
；S270，确定网络业务总量为X(x1，x2，...x
a
)，其中包括所述传输类任务为X1(x1，x2，...x
b
)，以及所述计算存储类任务为X2(x
b+1
，x
b+2
，...x
a
)，X＝X1∪X2，且S280，以业务流量包头的标识符区分所述传输类任务和所述计算存储类任务，按照预定的比例将业务流量分为两部分，一部分用于数据的存储压缩，另一部分用于计算。4.根据权利要求1所述的低轨卫星网络流量传输优化和能耗均衡方法，其特征在于，所述S30...

【专利技术属性】
技术研发人员：董涛，邸航，刘志慧，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：