[发明专利]空间信息网络多维资源一体化表征方法

说明书

技术领域

本发明属于空间信息技术领域，特别涉及一种空间信息网络多维资源一体化表征方法，可用于空间信息网络观测、存储、传输、计算资源的分析和管理实施。

背景技术

空间信息网络是我国重要的基础设施，是支持对地观测、远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输和航天测控的重要平台。然而,我国空间信息网络长期面临资源紧张供不应求的局面。为了缓解资源紧张和业务发展的矛盾，研究适用于空间信息网络的高效资源管理方法十分重要。

随着星载成像设备的幅宽、分辨率不断增长，空间信息网络中节点获取信息的能力不断增强，计算资源起到了越来越重要的作用。星载图像压缩模块通过压缩原始图像的大小能够极大的缓解高清图像对空间信息网络中信息存储和回传带来的负担。由于资源的种类繁多、结构复杂，所以联合管理空间信息网络中的观测、计算、存储和传输资源能够有效的提高网络资源利用率。然而联合优化多种资源的使用是一个极为复杂的问题，繁多的资源种类和不同任务需求的多样性，以及资源的时变性给空间信息网络资源的管理带来极大的挑战。

资源表征是资源管理方法的基础，建立一个良好的针对空间信息网络资源的表征方法，对于研究空间信息网络中的观测、存储、传输、计算等资源的时变性和相关性规律以及进行具体的管理而言，都是至关重要的。

以往对空间信息网络资源表征的研究中，只对观测、通信、存储资源进行相应的表征，而没有考虑相应计算资源的表征。如在Runzi Liu的文章“An Analytical Framework for Resource-Limited Small Satellite Networks”中，仅着重说明并表征了空间信息网络观测、通信、存储三类资源，并未能将相应的计算资源考虑在内，导致上述工作无法用于空间信息网络中观测、压缩和数传的联合规划。

发明内容

本发明针对上述技术无法对计算资源进行表征的不足，提出一种空间信息网络多维资源一体化表征方法，以实现对空间信息网络环境中的观测、存储、传输和计算资源的时空二维表征，刻画不同资源间的承接转化关系，从而支持对空间信息网络多维资源的高效利用。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)初始化待表征空间信息网络的观测卫星顶点集合OS＝{os₁,os₂,...,os_n}，中继卫星顶点集合RS＝{rs₁,rs₂,...,rs_n}，地面站顶点集合GS＝{gs₁,gs₂,...,gs_n}，待观测目标顶点集合OB＝{ob₁,ob₂,...,ob_n}和虚拟顶点v_r。其中os_i表示第i个观测卫星顶点，rs_i表示第i个中继卫星顶点，gs_i表示第i个地面站顶点，ob_i表示第i个待观测目标顶点，i∈[1,n],n∈[1,+∞)；

(2)初始化一张空白的有向图，将有向图的规划周期T划分为M个时隙，每个时隙的长度为τ＝T/M,T∈(0,+∞),M∈[1,+∞)；

(3)在步骤(2)中的有向图的每个时隙τ中添加步骤(1)中初始化的空间信息网络顶点，即观测卫星顶点、中继卫星顶点、地面站顶点、待观测目标顶点和虚拟顶点；

(4)将步骤(1)中初始化的各种集合导入到Satellite Tool Kit软件中，根据该软件中的星历表判断每个时隙τ内观测卫星与待观测目标可见关系，及中继卫星与地面站之间的可见关系，并对这些可见关系进行记录；

(5)在步骤(3)有向图中的各顶点之间添加不同功能的弧，完成对资源关系时变图的构建：

(5a)根据步骤(4)中记录的可见关系，在步骤(3)有向图中的各顶点之间添加观测弧和传输弧：

如果在每个时隙τ内观测卫星与待观测目标相互可见，则在观测卫星顶点与待观测目标顶点之间添加观测弧；

如果在每个时隙τ内观测卫星与中继卫星相互可见，则在观测卫星顶点与中继卫星顶点之间添加传输弧；

如果在每个时隙τ内观测卫星与地面站相互可见，则在观测卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧；

根据中继卫星顶点与地面站顶点始终可见的特性，在每一个时隙的中继卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧；