一种低轨星座边缘计算系统中的控制节点动态选取方法技术方案

本发明专利技术涉及低轨卫星领域，具体涉及一种低轨星座边缘计算系统中的控制节点动态选取方法。包括：整个星座分成多个卫星分区后，每个区内控制节点通过消息交互，发现并维护自己的虚拟相邻节点信息；各区内控制节点利用与虚拟相邻节点之间的消息交互，对虚拟拓扑信息达成共识；各区内控制节点基于虚拟拓扑信息，使用相同的算法选取一致的区间控制节点，即低轨星座边缘计算系统中的控制节点。本发明专利技术采用的区间控制节点选取方法首先依赖于各区内控制节点之间的消息传递，使各区内控制节点对当前动态节点集群的虚拟拓扑情况达成一致；然后各个区内控制节点采用相同的区间控制节点选举算法，该算法可保证根据当前的虚拟拓扑情况计算出唯一的区间控制节点。唯一的区间控制节点。唯一的区间控制节点。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨星座边缘计算系统中的控制节点动态选取方法


[0001]本专利技术涉及低轨卫星领域，具体涉及一种低轨星座边缘计算系统中的控制节点动态选取方法。

技术介绍

[0002]在低轨星座边缘计算系统中，各卫星上都有一定的计算和存储资源，而且卫星之间可以通过微波或激光链路互联，因此存在多颗卫星协同提供计算服务的可能性。然而，在协同提供服务的过程中，涉及到多颗卫星的资源分配、任务调度、任务迁移等过程，需要有一套管理控制方法来对各卫星进行有效的管理控制。
[0003]最简单的管理控制方法是由地面集中式控制器对各卫星进行控制，但是这种方法存在以下问题：1)地面集中式控制器与部分卫星之间的通信时延较大，尤其是当地面控制器的地理位置与卫星的星下点地理位置之间的地理距离较大时；2)不能满足军事应用场景下的星座自主运行需求。
[0004]星座自主的管理控制有三种典型思路：
[0005]1)集中式：即预先确定一个卫星，作为整个星座的控制节点，由该卫星做出控制决策，并控制其它卫星执行；缺点在于星座控制节点与部分卫星之间的通信时延过大；存在单点故障，不符合军事应用的抗毁需求；随着星座中卫星数量的增加，星座控制节点的管理控制压力过大。
[0006]2)分布式：即每颗卫星自主地做出管理控制决策；缺点在于不同卫星之间的决策可能会出现矛盾，比如卫星A和卫星B可能同时将某个任务分配到卫星C上，导致卫星C出现过载现象。
[0007]3)分区：即将整个星座分成多个卫星分区，每个卫星分区中有多颗卫星，并且分区中的区内控制节点对本分区内的各卫星进行管理控制；当需要分区间协同时，则依赖区间控制节点进行协调。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是如何在一个动态节点集群(即区内控制节点组成的集群)中实现区间控制节点的选取。提出了一种低轨星座边缘计算系统中的控制节点动态选取方法，在星座内动态分区并形成多个区内控制节点后，能够从这些区内控制节点组成的集群中选出区间控制节点，支撑后续由区间控制节点对各分区进行协调。
[0009]本专利技术采用的技术方案为：
[0010]一种低轨星座边缘计算系统中的控制节点动态选取方法，包括以下步骤：
[0011](1)将整个星座分成多个卫星分区，每个区内控制节点通过消息交互，发现并维护自己的虚拟相邻节点信息；
[0012](2)各区内控制节点利用与虚拟相邻节点之间的消息交互，对虚拟拓扑信息达成共识；
[0013](3)各区内控制节点基于虚拟拓扑信息，使用相同的算法选取一致的区间控制节点，即低轨星座边缘计算系统中的控制节点。
[0014]进一步的，步骤(1)具体过程为：
[0015]在整个星座分成多个卫星分区后，每个卫星分区中有多颗卫星，每个卫星分区中的区内控制节点周期性地向所有相邻卫星发出DiscoverNeighbor消息，收到DiscoverNeighbor消息的区内控制节点向发送DiscoverNeighbor消息的区内控制节点返回AckDiscover消息；通过消息交互，完成区内控制节点之间的虚拟相邻节点发现；其中，DiscoverNeighbor消息包括消息类型、区内控制节点标识、消息序号和区内控制节点IP地址；AckDiscover消息包括消息类型、区内控制节点标识、消息序号、区内控制节点IP地址和虚拟链路代价值；
[0016]每个区内控制节点周期性地向所有虚拟相邻节点发送NeighborM消息，收到NeighborM消息的区内控制节点向发送NeighborM消息的区内控制节点返回AckNeighborM消息；通过消息交互，完成区内控制节点之间的虚拟相邻节点信息维护；其中，NeighborM消息和AckNeighborM消息均包括消息类型、源区内控制节点标识、目的区内控制节点标识和消息序号。
[0017]进一步的，步骤(2)具体过程为：
[0018]每个区内控制节点H
i
在发现新的虚拟相邻节点H
j
时，向H
j
发送TopoInfoMsg消息，消息中包括了区内控制节点H
i
维护的虚拟拓扑信息TopoInfo，虚拟拓扑信息TopoInfo中包括区内控制节点H
i
已知的所有区内控制节点标识、区内控制节点之间的虚拟相邻关系和虚拟链路代价；
[0019]每个区内控制节点H
i
周期性地向所有虚拟相邻节点发送UpdtMsg消息，UpdtMsg消息中包括区内控制节点H
i
维护的虚拟相邻节点及虚拟链路更新信息Updt，虚拟链路更新信息Updt中包括新增加的虚拟相邻节点、发生变化的虚拟链路代价和新删除的虚拟相邻节点；在每次发出UpdtMsg后，区内控制节点清空自己维护的Updt信息，接收到UpdtMsg消息的区内控制节点H
rec
向除发送UpdtMsg消息的区内控制节点之外的所有虚拟相邻节点转发UpdtMsg消息。
[0020]进一步的，步骤(3)具体过程为：
[0021]计算区内两个控制节点之间的虚拟链路代价，如果两个控制节点相同，则虚拟链路代价为0；
[0022]对于每个区内控制节点H
i
，计算与其他所有区内控制节点H
j
之间的累积代价公式如下：
[0023][0024]其中，N
c
代表区内控制节点的个数，PC
ij
代表代表区内控制节点H
i
与区内控制节点H
j
之间的虚拟路径代价，虚拟路径代价利用最短路算法以区内控制节点集群中的虚拟拓扑信息和虚拟链路代价作为输入计算得出，累积代价为区内控制节点H
i
与所有其它区内控制节点之间的虚拟路径的代价总和；
[0025]选取累积代价最小的区内控制节点作为区间控制节点，如果出现多颗区内控制节点的累积代价相同的情况，则选取索引号最小或最大的区内控制节点作为区间控制节点。
[0026]本专利技术相比现有技术的优点为：能够支持在区内控制节点动态加入/退出集群情况下的区间控制节点自主选取。
附图说明
[0027]图1为未进行动态分区的星座示意图。
[0028]图2为动态分区后的示意图。
[0029]图3为虚拟链路与相应的实际路径示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术做进一步解释说明。
[0031]如图1所示为未完成动态分区的星座局部示意图，图2所示为动态分区后的示意图，即形成了3个卫星分区，区内控制节点分别为卫星202、卫星205和卫星403。本专利技术的目标是在区内控制节点202、区内控制节点205和区内控制节点403组成的集群中，选举出区间控制节点。
[0032]具体包括以下步骤：
[0033](1)在将整个星座分成多个卫星分区后，每个区内控制节点通过消息交互，发现并维护自己的虚拟相邻节点信息；具体过程为：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨星座边缘计算系统中的控制节点动态选取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将整个星座分成多个卫星分区，每个区内控制节点通过消息交互，发现并维护自己的虚拟相邻节点信息；(2)各区内控制节点利用与虚拟相邻节点之间的消息交互，对虚拟拓扑信息达成共识；(3)各区内控制节点基于虚拟拓扑信息，使用相同的算法选取一致的区间控制节点，即低轨星座边缘计算系统中的控制节点。2.根据权利要求1所述的一种低轨星座边缘计算系统中的控制节点动态选取方法，其特征在于，步骤(1)具体过程为：在整个星座分成多个卫星分区后，每个卫星分区中有多颗卫星，每个卫星分区中的区内控制节点周期性地向所有相邻卫星发出DiscoverNeighbor消息，收到DiscoverNeighbor消息的区内控制节点向发送DiscoverNeighbor消息的区内控制节点返回AckDiscover消息；通过消息交互，完成区内控制节点之间的虚拟相邻节点发现；其中，DiscoverNeighbor消息包括消息类型、区内控制节点标识、消息序号和区内控制节点IP地址；AckDiscover消息包括消息类型、区内控制节点标识、消息序号、区内控制节点IP地址和虚拟链路代价值；每个区内控制节点周期性地向所有虚拟相邻节点发送NeighborM消息，收到NeighborM消息的区内控制节点向发送NeighborM消息的区内控制节点返回AckNeighborM消息；通过消息交互，完成区内控制节点之间的虚拟相邻节点信息维护；其中，NeighborM消息和AckNeighborM消息均包括消息类型、源区内控制节点标识、目的区内控制节点标识和消息序号。3.根据权利要求1所述的一种低轨星座边缘计算系统中的控制节点动态选取方法，其特征在于，步骤(2)具体过程为：每个区内控制节点H
i
在发现新的虚拟相邻节点H
j
时，向H
j
发送TopoInfoMsg消息，消息中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李诚成，张亚生，孙晨华，郝志松，王薇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：