【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太空计算领域，尤其涉及一种太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法。
技术介绍
1、太空计算系统是面向太空公用计算资源严重缺失的现状和未来太空高级航天活动的迫切需求设计建造的太空计算开放科技设施，由千颗低成本卫星通过星间激光通信互联组成太空计算网络，为太空航天器和任务星座提供通用、普惠、可靠的太空计算基础设施。规模宏大的系统伴随着错综复杂的网络结构，这导致其日常管理和更新升级过程变得异常复杂和耗时。此外，对于网络运营的高稳定性需求、高昂的故障成本、高额的测试费用以及网络调整的难度，都使得新技术的实施和维护变得充满挑战。这些因素共同为太空计算系统的规划论证、构建实施以及后续的维护和性能提升带来了一系列难题。
2、数字孪生平台通过构建实体系统的数字模型，实时监测系统状态并驱动模型动态更新，以实现对系统行为的更精确模拟和预测。这种方法能够在线进行决策优化和反馈调节，特别适用于那些价值重大、对精度有严格要求、结构错综复杂的系统或设备，能够为太空计算系统的设计论证、建设部署、运维优化提供了强有力的技术支持和解决方案。
3、为了使数字孪生平台能够支持太空计算系统的优化调度任务，需要将上千颗卫星的并行存储和运算功能在数字孪生平台中同步，也就是说，数字孪生平台不仅要显示实际卫星和地面站服务器的占用情况，也要在卫星和地面站的孪生体中将服务器本身也进行孪生设计，这样才能够在数字孪生平台上模拟计算任务运行过程。因此，如何对卫星孪生体和地面站孪生体进行子区划分，将大量的卫星孪生体服务器和地面站孪生体服务器布置在少量的
4、针对分布式计算系统的子区划分方法，已有多种技术。这些技术将产生数据的服务器作为顶点，服务器之间的网络连接视为边，将计算系统网络简化为图网络形式，利用图分割的方法进行分割，目前已可以处理百万数量级顶点的系统。然而，太空计算系统的卫星是沿着不同的卫星轨道绕地球运行的，星间、星地的联系始终处于变化状态，图网络随时随地发生变化。同时，传统的图分割方式仅考虑了数据计算，对于孪生平台服务器的容量没有考虑，无法支撑孪生平台的系统调度任务。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出一种太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，充分考虑了卫星运行的规律和孪生平台服务器的容量限制，满足太空计算系统数字孪生平台的功能要求。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、一种太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，该方法包括如下步骤：
4、步骤一：按照太空计算系统的实际设计，将太空计算系统的地面站和太空计算卫星分类，地面站为单独的一类，太空卫星的主星和从星各分为一类；通过孪生建模技术，在数字孪生平台中构建与之对应的地面站孪生体、主星孪生体和从星孪生体；
5、步骤二：分别将所述地面站孪生体、主星孪生体、从星孪生体、所述数字孪生平台的服务器按容量排序；所述容量包括中央处理器的核数、内存容量、硬盘容量三个参数；
6、步骤三：依据卫星孪生体功能和容量，划分主星孪生体子区；
7、步骤四：用单个数字孪生平台的服务器的平均设计可用中央处理器核数除以单个从星孪生体的平均中央处理器核数，得到单个数字孪生平台的服务器可容纳从星孪生体的估计数量；用单个数字孪生平台的服务器的平均设计可用中央处理器核数除以单个地面站孪生体的平均中央处理器核数，得到单个数字孪生平台的服务器可容纳地面站孪生体的估计数量；
8、步骤五：依据卫星孪生体容量、数字孪生平台容量和实际卫星的轨道相似度划分从星孪生体子区；
9、步骤六：按照地面站孪生体容量、数字孪生平台容量和实际地面站的欧氏距离划分地面站孪生体子区。
10、进一步地，所述步骤二的按容量排序具体包括：所述地面站孪生体、主星孪生体、从星孪生体、所述数字孪生平台的服务器均先按照中央处理器的核数由大到小排序；中央处理器的核数相同的，按照内存容量由大到小排序；内存容量相同的，按照硬盘容量由大到小排序；硬盘容量相同的，随机排序。
11、进一步地，所述步骤三具体包括如下子步骤：
12、s3.1：将各主星孪生体各自分别划分到一个数字孪生平台的服务器中，作为各自所在主星孪生体子区的核心；计算数字孪生平台的服务器的剩余可用容量；
13、s3.2：分别在与各主星孪生体传递信息的从星孪生体中，按容量筛选，选择容量小于各自主星孪生体所在的数字孪生平台的服务器剩余可用容量的从星孪生体，且容量要求同时满足中央处理器的核数、内存容量、硬盘容量三个容量条件；
14、s3.3：从步骤s3.2中选择出来的从星孪生体中，选择中央处理器的核数最大的从星孪生体，划分到对应的主星孪生体子区中；再次计算数字孪生平台的服务器的剩余可用容量；
15、s3.4：重复s3.2和s3.3，直到没有容量小于主星孪生体所在的数字孪生平台的服务器的剩余可用容量的从星孪生体。
16、进一步地，所述s3.1的剩余可用容量是指数字孪生平台服务器的设计可用容量减去已被划分进当前数字孪生平台的服务器的孪生体的设计容量。
17、进一步地，所述步骤五包括如下子步骤：
18、s5.1：将所有未分区的从星孪生体的数量除以步骤四得到的单个数字孪生平台的服务器可容纳从星孪生体的估计数量，得到未划分的从星孪生体分区数num_fs；从所有未分区的从星孪生体中，选择num_fs个中央处理器的核数由大到小排序在前的从星孪生体，各自分别划分到一个数字孪生平台的服务器中，作为各自所在从星孪生体子区的核心；
19、s5.2：计算数字孪生平台的服务器的剩余可用容量，并将中央处理器的核数、内存容量、硬盘容量分别取最小值，得到数字孪生平台服务器剩余可用容量的最小值；
20、s5.3：按容量筛选，从容量均小于剩余可用容量最小值的从星孪生体中选取按容量从大到小排序的前num_fs个从星孪生体；
21、s5.4：分别计算这前num_fs个从星孪生体与各个从星孪生体子区核心的轨道相似度，并将轨道相似度的倒数形成num_fs行num_fs列的轨道相似度倒数矩阵；
22、s5.5：利用匈牙利算法求解相似度倒数矩阵，使得每一个从星孪生体子区都分配到一个从星孪生体，同时每个从星孪生体与对应的从星孪生体子区核心的相似度倒数总和最小；
23、s5.6：重复s5.2至s5.5，直到没有容量小于从星孪生体子区核心所在的数字孪生平台的服务器的剩余可用容量的从星孪生体；
24、s5.7：判断是否还有未划分的从星孪生体，若为是，返回s5.1；若为否，结束循环；此时所有从星孪生体都被划分到从星孪生体子区中。
25、进一步地，所述轨道相似度利用轨道六根数计算。
26、进一步地，所述步骤六包括如下子步骤：
27、s6.1：将所述地面站孪生体的数量除以单个数字孪生平台本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述步骤二的按容量排序具体包括：所述地面站孪生体、主星孪生体、从星孪生体、所述数字孪生平台的服务器均先按照中央处理器的核数由大到小排序；中央处理器的核数相同的，按照内存容量由大到小排序；内存容量相同的，按照硬盘容量由大到小排序；硬盘容量相同的，随机排序。
3.根据权利要求1所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述步骤三具体包括如下子步骤：
4.根据权利要求3所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述S3.1的剩余可用容量是指数字孪生平台服务器的设计可用容量减去已被划分进当前数字孪生平台的服务器的孪生体的设计容量。
5.根据权利要求1所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述步骤五包括如下子步骤：
6.根据权利要求5所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述轨道相似度利用轨道六根数计算。
7.根据权利要求1所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述步骤六包括如下子步骤：
8.根据权利要求7所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，S6.4中的欧式距离是利用两个地面站的实际经纬度进行计算。
9.根据权利要求1所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述太空卫星中的从星为从其他系统的卫星接收信息并执行初级计算的计算卫星；所述太空卫星中的主星为接收从星的信息并执行集中计算的计算卫星；一个所述从星的信息只传递给一个主星，一个所述主星能够接收多个从星的信息。
10.一种太空计算系统数字孪生平台的子区划分装置，其特征在于，包括一个或多个处理器，用于实现权利要求1~9中任意一项所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法。
...【技术特征摘要】
1.一种太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述步骤二的按容量排序具体包括：所述地面站孪生体、主星孪生体、从星孪生体、所述数字孪生平台的服务器均先按照中央处理器的核数由大到小排序；中央处理器的核数相同的，按照内存容量由大到小排序；内存容量相同的，按照硬盘容量由大到小排序；硬盘容量相同的，随机排序。
3.根据权利要求1所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述步骤三具体包括如下子步骤：
4.根据权利要求3所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述s3.1的剩余可用容量是指数字孪生平台服务器的设计可用容量减去已被划分进当前数字孪生平台的服务器的孪生体的设计容量。
5.根据权利要求1所述的太空计算系统数字孪生平台的子区划分方法，其特征在于，所述步骤五包括如下子步...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞钰琪，吴自勉，姜思逸，李道勋，曲鑫，赵旋，李初雨，季青原，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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