基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法、系统和存储介质技术方案

本发明专利技术提供一种基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法、系统和存储介质，该方法包括以下步骤：获取巨型卫星星座场景下的原始拓扑，获取预先设定的子拓扑目标数量；根据所述原始拓扑统计卫星在全球的分布和密度，根据卫星在全球的分布和密度将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑，其中，各子拓扑内部包含数量均衡的卫星采样点，将在预设时间长度内一个卫星进行一次位置更新的事件记作一个卫星采样点；获取分配的与目标数量个子拓扑对应的目标数量个容器，分别将每个子拓扑输入到对应的容器中执行仿真操作。本发明专利技术能够基于负载均衡的拓扑划分策略实现更高效的巨型星座网络仿真。分策略实现更高效的巨型星座网络仿真。分策略实现更高效的巨型星座网络仿真。

【技术实现步骤摘要】
基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法、系统和存储介质


[0001]本专利技术涉及巨型星座网络仿真
，尤其涉及一种基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法、系统和存储介质。

技术介绍

[0002]卫星互联网即通过卫星为全球提供互联网接入服务，卫星互联网作为空天地一体化网络的重要组成，是当前一大研究热点。众多学者在星座组网设计、网络协议开发、通信性能评估等领域展开研究，其主要研究手段是软件仿真。传统的基于OPNET或者NS3的串行单机网络仿真模拟器因为硬件条件和软件性能的限制，无法为具备节点多、覆盖广的巨型卫星网络提供高效的仿真性能，即使在具有大量物理内存的仿真系统上，可以表示的网络的最大量也无法承载模拟器的几千个节点的数量级。解决这个问题的基本思路是，将网络模型划分为多个子模型，在不同的处理器上为每个子模型实例化一个单独的模拟器，所有的子模型联合形成原始网络模型。但是，当对于子模型的划分策略越不均衡时，仿真加速效果越接近串行单机仿真。NS3是一个基于离散事件的网络模拟器，可以在一台计算机上模拟现实世界中的各种类型与规模的网络。
[0003]现有技术中采用的划分策略有三种：(1)采用图划分的策略，但是该策略仅限于静态网络模型，容易陷入局部最优解，并且计算复杂度高。(2)采用基于地理位置的均匀拓扑(UTPA)划分方式，但是该策略存在负载不均衡的问题，因为卫星时变性每个子拓扑内卫星数量不均，仿真加速性能差。(3)采用贪心算法获取负载均衡的拓扑划分策略，但是该策略根据优化目标进行迭代求解的过程容器陷入局部最优解，计算量复杂，性能一般。
[0004]为此，在巨型星座网络仿真中，如何提供一种能够合理的分配仿真事件、保证所有仿真节点的负载均衡、缩短总体仿真运行时间、降低计算资源消耗并提高并行网络仿真性能的拓扑划分策略，是一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法、系统和存储介质，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0006]本专利技术的一个方面提供了一种基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法，该方法包括以下步骤：
[0007]获取巨型卫星星座场景下的原始拓扑，获取预先设定的子拓扑目标数量；
[0008]根据原始拓扑统计卫星在全球的分布和密度，根据卫星在全球的分布和密度将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑，其中，各子拓扑内部包含数量均衡的卫星采样点，将在预设时间长度内一个卫星进行一次位置更新的事件记作一个卫星采样点；
[0009]获取分配的与目标数量个子拓扑对应的目标数量个容器，分别将每个子拓扑输入到对应的容器中执行仿真操作。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，根据卫星在全球的分布和密度将原始拓扑划分为目标
数量个子拓扑包括：统计原始拓扑中每个卫星在预设时间长度内进行位置更新的次数；计算每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围；根据卫星在全球的分布和密度和每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，根据卫星在全球的分布和密度和每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑包括：将卫星在全球的分布和密度以及每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围要求，输入到基于贪心算法的子拓扑划分模型中，从而计算获得每一子拓扑的经度和纬度划分地理范围。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，目标数量是一个能够被因式分解的正整数；根据卫星在全球的分布和密度将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑还包括：将目标数量因式分解为两个正整数，将两个正整数中的最大值作为纬度区间数，将两个正整数中的最小值作为经度区间数。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，根据卫星在全球的分布和密度和每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑步骤包括：根据卫星在全球的分布和密度和每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围，将原始拓扑在经度上均匀划分为经度区间数个，在纬度上划分为负轨道倾角到正轨道倾角之间的正比于卫星运行周期的纬度区间数个，得到目标数量个子拓扑。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，在获取分配的与目标数量个子拓扑对应的目标数量个容器，分别将每个子拓扑输入到对应的容器中执行仿真操作步骤后，该方法还包括：按照预设时间分片周期更新每一容器内的子拓扑，更新记录的初始时刻下每个容器内的卫星。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，在获取分配的与目标数量个子拓扑对应的目标数量个容器，分别将每个子拓扑输入到对应的容器中执行仿真操作步骤后，该方法还包括：在初始化映射阶段，结合每个子拓扑的范围和卫星更新的位置记录不同时刻下每个容器内的卫星；对于每个容器，将记录的当前时刻卫星和初始时刻下每个容器内的卫星进行比对，统计离开每个容器的卫星的离开率；当容器的卫星的离开率达到预设阈值，更新每一容器内的子拓扑，更新记录的初始时刻下每个容器内的卫星。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，在获取分配的与目标数量个子拓扑对应的目标数量个容器，分别将每个子拓扑输入到对应的容器中执行仿真操作步骤后，该方法还包括：在初始化映射阶段，结合每个子拓扑的范围和卫星更新的位置记录不同时刻下每个容器内的卫星；对于每个容器，将记录的当前时刻卫星和初始时刻下每个容器内的卫星进行比对，统计离开每个容器的卫星的离开率；按照预设时间分片周期更新每一容器内的子拓扑，更新记录的初始时刻下每个容器内的卫星；其中，基于历史仿真数据记录将所有容器中有任一容器的卫星的离开率达到预设百分比所需的时间长度设为时间分片周期。
[0017]本专利技术的另一方面提供了一种基于拓扑划分的巨型星座网络仿真系统，包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机指令，处理器用于执行存储器中存储的计算机指令，当计算机指令被处理器执行时该系统实现如上实施例中任一项方法的步骤。
[0018]本专利技术的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项方法的步骤。
[0019]本专利技术所提出的基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法，基于提出的卫星采样点概念，将卫星采样点的数量和分布将原始拓扑划分为数量均衡的多个子拓扑，并将每个子
拓扑放到单独的容器中进行模拟，从而联合形成原始网络模型，负载均衡的拓扑划分策略使得本专利技术所提供的方法的并行仿真加速效率显著高于现有的其他巨型星座网络仿真方法，本专利技术能够显著克服仿真加速性能差和计算复杂度高的问题。
[0020]本专利技术的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本专利技术的实践而获知。本专利技术的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
[0021]本领域技术人员将会理解的是，能够用本专利技术实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：获取巨型卫星星座场景下的原始拓扑，获取预先设定的子拓扑目标数量；根据所述原始拓扑统计卫星在全球的分布和密度，根据卫星在全球的分布和密度将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑，其中，各子拓扑内部包含数量均衡的卫星采样点，将在预设时间长度内一个卫星进行一次位置更新的事件记作一个卫星采样点；获取分配的与目标数量个子拓扑对应的目标数量个容器，分别将每个子拓扑输入到对应的容器中执行仿真操作。2.根据权利要求1所述的基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法，其特征在于，所述根据卫星在全球的分布和密度将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑包括：统计原始拓扑中每个卫星在预设时间长度内进行位置更新的次数；计算每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围；根据卫星在全球的分布和密度和每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑。3.根据权利要求2所述的基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法，其特征在于，所述根据卫星在全球的分布和密度和每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑包括：将卫星在全球的分布和密度以及每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围要求，输入到基于贪心算法的子拓扑划分模型中，从而计算获得每一子拓扑的经度和纬度划分地理范围。4.根据权利要求2所述的基于拓扑划分的巨型星座网络仿真方法，其特征在于，所述目标数量是一个能够被因式分解的正整数；所述根据卫星在全球的分布和密度将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑还包括：将所述目标数量因式分解为两个正整数，将所述两个正整数中的最大值作为纬度区间数，将所述两个正整数中的最小值作为经度区间数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据卫星在全球的分布和密度和每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围将原始拓扑划分为目标数量个子拓扑步骤包括：根据卫星在全球的分布和密度和每个子拓扑内部应包含的卫星采样点的数量范围，将所述原始拓扑在经度上均匀划分为所述经度区间数个，在纬度上划分为负轨道倾角到正轨道倾角之间的正比...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珂，邓中亮，马小娟，林文亮，马颖，亢衡，吕铮，冯葆瑞，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：