[发明专利]分布式卫星云雾网络架构及能耗约束下的时延优化方法

说明书

本发明属于通信技术领域，具体涉及分布式卫星云雾网络架构及能耗约束下的时延优化方法。分布式卫星云雾网络架构，包括卫星雾层、接入层和云计算层。能耗约束下的时延优化方法，包括以下步骤：(1)构建分布式卫星云雾网络架构的无向图G＝(V,E)；(2)构建能耗约束下的时延优化模型；(3)确定能耗约束条件下的时延优化策略。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及分布式卫星云雾网络架构及能耗约束下的时延优化方法。

背景技术

在天地一体化网络中，卫星承担了大量信息的获取、传输和分发功能，具有重要的作用。但是，随着科技的不断进步，许多国家全球性或全天候的应用使得卫星任务越来越复杂，而功能单一、相互孤立的卫星网络架构已不能满足用户对业务的实时性需求。因此，随着卫星编队技术的发展，逐渐发展出现了分布式卫星技术，由多颗小卫星编队飞行组成一个分布式卫星网络，协作完成航天任务，可以在功能和成本上取代甚至超越原有的单颗大卫星。

目前，分布式卫星主要承担数据采集、通信和导航等功能，而海量数据的处理和分析过程则依赖“地基”层中的地面数据处理中心完成。

为了高效地存储和处理卫星传回地面站的数据，专家学者们将云计算技术引入到地面应用系统，在地面站部署计算集群，构建数据处理的云平台，利用网络资源虚拟化技术构成资源池，存储和处理卫星转发来的数据，为用户提供集约化的计算服务。然而，卫星采集的数据传回地面云数据中心进行计算、分析产生的通信开销很大，时延较高，无法有效支撑如抗灾救险、作战攻击等时延敏感型业务。

发明内容

发明目的：为了解决卫星采集的数据传回地面云数据中心进行计算、分析带来的高传输时延问题，同时提高卫星网络的抗毁性，即本发明的第一个目的在于公开了分布式卫星云雾网络架构。本发明的第二个目的在于公开能耗约束下的时延优化方法。

技术方案：分布式卫星云雾网络架构，包括：

卫星雾层，用于提供通信服务、测绘服务和作战指挥，接收卫星用户的请求，利用采集的数据进行本地分布式计算处理任务，并将处理结果直接反馈给卫星用户；

接入层，包括多个地面接收站，地面接收站与所述卫星雾层通过电磁波通信互联；

云计算层，与地面接收站通信互联，用于处理一部分来自卫星用户的业务请求，并且负责卫星雾层的网络管理，控制卫星编队，辅助卫星编队飞行，均衡卫星雾层的负载。

进一步地，卫星雾层包括：

多个侦查卫星，与相邻的卫星通过无线通信互联，用于搜集地面目标、海洋目标和空中目标的信息，对目标实施侦查、监视和跟踪，获取情报，同时进行分布式计算处理用户请求；

多个通信卫星，与相邻的卫星通过无线通信互联，用于转发无线电信号，实现两个卫星通信地球站之间或卫星通信地球站与航天器之间的无线电通信，同时进行分布式计算处理用户请求；

多个遥感卫星，与相邻的卫星通过无线通信互联，用于收集并记录地球或大气目标辐射或反射的电磁波信息，由信启设备、传输设备发送回地面进行处理和加工，判读地球环境、资源和景物信息，同时进行分布式计算处理用户请求。

进一步地，所述云计算层由多个部署了云计算技术的服务器组成集群。

能耗约束下的时延优化方法，用于均衡上述分布式卫星云雾网络架构的卫星雾层的负载，包括以下步骤：

(1)构建分布式卫星云雾网络架构的无向图G＝(V,E)，其中：

V＝{S₁，S₂，...，S_i，...，S_k，C}为顶点集，顶点S_i代表卫星雾层中的卫星，顶点C表示云计算层；