一种多卫星动态分簇方法技术

本专利提出一种多卫星动态分簇方法，能够在星座内动态地形成多个卫星簇，并确定每个簇内的簇首，后续由簇首卫星对本簇内的各卫星进行管理控制。每个卫星有三种状态：簇首、成员和待定。其中“簇首”状态是指某卫星已经成为某个簇的簇首；“成员”状态是指某卫星已经成为某个簇的成员(非簇首)；“待定”状态是指某卫星还没有确定自己所属的簇，也是卫星的动态分簇程序启动时所处的状态。三种状态之间可以互相转移。每个卫星通过多类消息的交互，确定自身的状态。状态。状态。

【技术实现步骤摘要】
一种多卫星动态分簇方法


[0001]本专利技术涉及卫星网络领域，具体涉及一种多卫星动态分簇方法。

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、任务迁移等策略，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]因此本方法拟实现星座自主的管理控制。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，作为整个星座的主卫星，由该卫星做出管理控制决策，并控制其它卫星执行；
[0006]2)分布式：即每颗卫星自主地做出管理控制决策；
[0007]3)分簇：即将整个星座分成多个簇(集群)，每个簇中有多颗卫星，并且簇中的簇首(主节点)对本簇内的各卫星进行管理控制；当需要簇间协同时，再由各簇首之间进行协商。
[0008]第一种思路(集中式)的缺点在于星座主卫星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，主卫星的管理控制压力过大。
[0009]第二种思路(分布式)的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。
[0010]动态分簇方法主要目标是在低轨星座中动态地形成卫星簇，并选出簇首，由簇首执行簇内的任务调度、资源分配等管理控制行为，从而支持簇内的多星协作服务。典型应用场景包括以下：
[0011]1)分布式计算中的任务分配：对于较大型的计算任务(比如图片中的目标识别)，可以先将计算任务进行切分形成子任务(采取步骤分割或数据分割方式)，然后由簇首根据簇内各卫星的资源占用情况，将不同的子任务分配到多颗卫星，从而加速计算任务的执行速度；
[0012]2)对微服务实例的部署决策：考虑将微服务化的软件部署在星上，当单颗卫星的资源不足以支持同时部署所有微服务实例时，应当将各微服务实例分散部署在多颗卫星上，此时可以由簇首卫星根据簇内各卫星资源情况，做出将特定的微服务实例部署在特定卫星的决策；
[0013]3)微服务间的通信管理：由于微服务实例之间的调用需要解决分布式环境下的通信问题(比如微服务实例崩溃或者过载等情况)，可以由簇首卫星根据微服务实例之间的调
用性能情况以及实例的当前状态，动态地对微服务实例之间的路由进行控制。

技术实现思路

[0014]本专利技术所要解决的技术问题在于如何在一个拓扑呈现动态变化特点、且有可能卫星受到损毁或新增卫星的低轨星座中，实现卫星之间自主形成卫星簇，并选出合适的簇首，从而支持后续簇首对簇中的节点进行管理。
[0015]本专利技术采用的技术方案为：
[0016]一种多卫星动态分簇方法，包括以下过程：
[0017]簇建立阶段的处理过程为：
[0018](1)尝试成为簇首的卫星S
PotentialHead
开启一个定时器T
setup
，T
setup
超时后向所有相邻卫星发出HeadRequest消息；
[0019](2)收到HeadRequest消息的卫星S
rec
，有以下几种处理方式：
[0020]如果卫星S
rec
处于簇首状态，且卫星S
rec
所在簇的簇成员数量没有达到上限N
max
，则向发出HeadRequest消息的卫星S
PotentialHead
回复CInvite消息，邀请卫星S
PotentialHead
作为簇成员加入卫星S
rec
所在的簇，并丢弃HeadRequest消息；
[0021]如果卫星S
rec
处于成员状态，且发出HeadRequest消息的卫星不是卫星S
rec
所在簇的簇首卫星，则卫星S
rec
将HeadRequest消息中的TTL减1，如果此时TTL大于0，则向除接收HeadRequest消息的接口外其他所有星间链路接口转发HeadRequest消息，如果TTL等于0，则丢弃HeadRequest消息；
[0022]如果卫星S
rec
处于成员状态，且发出HeadRequest消息的卫星是卫星S
rec
所在簇的簇首卫星，则丢弃HeadRequest消息；
[0023]如果卫星S
rec
处于待定状态，则向发出HeadRequest消息的卫星回复ACK
‑
H消息，并进入成员状态，然后将HeadRequest消息中的TTL减1，如果此时TTL大于0，则向除接收HeadRequest消息的接口外其他所有星间链路接口转发HeadRequest消息，如果TTL等于0，则丢弃HeadRequest消息；
[0024](3)卫星S
PotentialHead
发出HeadRequest消息的同时，开启一个定时器T
waitmem
，并根据定时器是否超时和接收消息的情况有以下几种处理方式：
[0025]如果卫星S
PotentialHead
处于待定状态，且T
waitmem
未超时，则在收到CInvite消息时进入成员状态，并向发出CInvite消息的卫星回复Accept消息；或者卫星S
PotentialHead
处于待定状态，在收到其它卫星S
other
发出的HeadRequest消息时进入成员状态，并向卫星S
other
回复ACK
‑
H消息；
[0026]如果卫星S
PotentialHead
处于待定状态，且T
waitmem
未超时，在收到ACK
‑
H消息时进入簇首状态，并将发送ACK
‑
H消息的卫星的标识加入到自己的簇成员列表ClusterMember中；
[0027]如果卫星S
PotentialHead
处于簇首状态，且T
waitmem
未超时，在收到ACK
‑
H消息后，如果当前簇成员列表数量还未达到N
max
，则将发出ACK
‑
H消息的卫星的标识加入到自己的簇成员列表ClusterMember中；
[0028]如果卫星S<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多卫星动态分簇方法，其特征在于，包括以下过程：簇建立阶段的处理过程为：(1)尝试成为簇首的卫星S
PotentialHead
开启一个定时器T
setup
，T
setup
超时后向所有相邻卫星发出HeadRequest消息；(2)收到HeadRequest消息的卫星S
rec
，有以下几种处理方式：如果卫星S
rec
处于簇首状态，且卫星S
rec
所在簇的簇成员数量没有达到上限N
max
，则向发出HeadRequest消息的卫星S
PotentialHead
回复CInvite消息，邀请卫星S
PotentialHead
作为簇成员加入卫星S
rec
所在的簇，并丢弃HeadRequest消息；如果卫星S
rec
处于成员状态，且发出HeadRequest消息的卫星不是卫星S
rec
所在簇的簇首卫星，则卫星S
rec
将HeadRequest消息中的TTL减1，如果此时TTL大于0，则向除接收HeadRequest消息的接口外其他所有星间链路接口转发HeadRequest消息，如果TTL等于0，则丢弃HeadRequest消息；如果卫星S
rec
处于成员状态，且发出HeadRequest消息的卫星是卫星S
rec
所在簇的簇首卫星，则丢弃HeadRequest消息；如果卫星S
rec
处于待定状态，则向发出HeadRequest消息的卫星回复ACK
‑
H消息，并进入成员状态，然后将HeadRequest消息中的TTL减1，如果此时TTL大于0，则向除接收HeadRequest消息的接口外其他所有星间链路接口转发HeadRequest消息，如果TTL等于0，则丢弃HeadRequest消息；(3)卫星S
PotentialHead
发出HeadRequest消息的同时，开启一个定时器T
waitmem
，并根据定时器是否超时和接收消息的情况有以下几种处理方式：如果卫星S
PotentialHead
处于待定状态，且T
waitmem
未超时，则在收到CInvite消息时进入成员状态，并向发出CInvite消息的卫星回复Accept消息；或者卫星S
PotentialHead
处于待定状态，在收到其它卫星S
other
发出的HeadRequest消息时进入成员状态，并向卫星S
other
回复ACK
‑
H消息；如果卫星S
PotentialHead
处于待定状态，且T
waitmem
未超时，在收到ACK
‑
H消息时进入簇首状态，并将发送ACK
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李诚成，郝志松，孙晨华，张亚生，
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：