一种基于核度积的卫星信息系统拓扑结构优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星信息系统拓扑结构分析方法，特别是一种基于核度积的卫星信息 系统拓扑结构优化方法。
【背景技术】
[0002] 卫星信息系统拓扑结构对于卫星信息系统总体设计有着及其重要的作用，传统的 卫星工程是借助经验对卫星信息系统拓扑结构进行分析优化，缺乏定量的分析方法。传统 的拓扑结构分析体系包括节点度、介度、紧密性、连通度和平均最短路径长度等测度指标。 节点的节点度就是连接这个节点的链接数，节点的介度等于穿过这个节点的最短路径数， 如果一个节点有着很大的节点度和介度，该节点对于这个网络是重要的，节点的紧密性是 这个节点到网络其余节点的平均最短路径的倒数，紧密型越小，那么该节点就距离其它节 点越近，对于这个网络更重要。
[0003]上述传统网络拓扑结构研宄均以无差异节点和链路假设为前提，未考虑节点本身 在整个系统中的功能和处理能力等方面差异，如果应用到卫星信息系统中，其分析结果与 实际情况会有很大的偏差。例如，在卫星复杂信息系统中，采用主从多机通信机制，即总线 通信的节点中存在一个主控节点，主控节点通过总线收集系统其余节点的信息，完成信息 组织后，再通过其它连接方式交给拓扑中某些节点，从而完成信息采集和指令发送任务。另 外，卫星信息系统中除总线拓扑外还存在局部星型、树形、线性等拓扑结构，因此系统中主 控节点不是唯一固定的，在卫星信息系统拓扑结构不改变的情况下存在多种工作模式，不 同工作模式下某些从节点可以切换为主控节点。由此可见，卫星复杂信息系统拓扑结构是 灵活的，因此为了更好的优化设计卫星信息系统拓扑结构，需要考虑节点本身在整个系统 中的功能和处理能力等方面差异，进一步优化拓扑结构。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种考虑节点在卫星信 息系统中功能和处理能力差异的基于核度积的卫星信息系统拓扑结构优化分析方法。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种基于核度积的卫星信息系统拓扑结构优化方法， 包括如下步骤：
[0006] (1)将卫星信息系统中的功能单元作为节点，将卫星信息系统中功能单元之间的 链路作为边，得到卫星信息系统对应的有向图；
[0007] (2)计算有向图中各个节点的广义度为k= (l_e)ka+k。，其中，ka为在有向图 中与该节点连接的边的个数，ke=eK，K是有向图中所有节点的节点度的最大值，e= ￡ f+ ￡ m+ ￡ t，
[0008]
【主权项】
1. 一种基于核度积的卫星信息系统拓扑结构优化方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 将卫星信息系统中的功能单元作为节点，将卫星信息系统中功能单元之间的链路 作为边，得到卫星信息系统对应的有向图； (2) 计算有向图中各个节点的广义度为k= (l-e)ka+k。，其中，ka为在有向图中与该节 点连接的边的个数，k。= εΚ，Κ是有向图中所有节点的节点度的最大值，ε = ε f+em+et，
其中，IUild表示当前节点作为根节点时在有向图中的子节点数，
是有向图中 各个节点分别作为根节点时在有向图中子节点数的和，N为有向图中的节点总数，αι，α2， α α 4, α5, α6e [〇, 1]且α ι+α2+α6= 1，主控节点为控制各节点之间进行信息交互的节 点，备用节点为主控节点的备份，其余节点为普通节点； (3) 计算有向图中各个节点的节点核度积
其中，Se为有向图中所有节点相互通信的最短路径长度，为节点i被孤立后有向 图中所有节点相互通信的最短路径长度，Ie是有向图中边的总数，是节点i被孤立后有 向图中边的总数，i = 1，2,3，，，N; (4) 计算有向图中节点i与节点j之间的最短路径的重要性为
其中，1 = 1，2,3，，，1」=1，2,3，，，1^且;[乒」，1(11，￥)为节点11与节点￥之间的路由权 重总量，
R表示从节点u到节点V最短路径上的所有节点集合，Wij (u, V) 表示在从节点i到节点j之间的最短路径\失效时从节点u到节点V的路由权重总量； (5) 如果节点的节点核度积小于设定节点核度积阈值，则该节点为短板节点，否则该节 点为正常节点，遍历有向图中的所有节点得到短板节点的集合并记为Dl ;依次将有向图中 两节点之间的所有最短路径重要性与设定路径重要性阈值比对，如果路径的重要性小于设 定路径重要性阈值，则该路径为短板路径，否则该路径为正常路径，遍历有向图中所有两点 之间的最短路径后得到短板路径的集合后，提取所有短板路径中的节点，并得到集合D2; (6)将集合D1、集合D2都包含的节点作为待优化节点，在每一个待优化节点附近添加 一个备用节点，并将备用节点分别连接至当前待优化节点的相邻节点；所述相邻节点为在 有向图中通过边与当前节点相连的节点。
2. 根据权利要求1所述的一种基于核度积的卫星信息系统拓扑结构优化方法，其特征 在于：所述的 α 丨=〇· 6，α 2= 0· 2，α 3= 〇，α 4= 〇· 2，α 5= 〇，α 6= 〇· 2。
3. 根据权利要求1或2所述的一种基于核度积的卫星信息系统拓扑结构优化方法，其 特征在于：所述的设定节点核度积阈值为0. 3,设定路径重要性阈值为0. 3。
【专利摘要】一种基于核度积的卫星信息系统拓扑结构优化方法，首先将卫星信息系统抽象得到其对应的有向图，再引入广义度的概念并计算有向图中各个节点的广义度，然后计算有向图中各个节点的节点核度积及链路的重要性，最后依次比对有向图中所有节点的节点核度积与设定节点核度积阈值、有向图中两节点之间的所有最短链路重要性与设定链路重要性阈值，得到拓扑结构中待优化节点并进行优化。本发明方法与现有技术相比，通过引入广义度来区分各个节点的重要性，不仅考虑各个节点的度或介度，还考虑节点和链路在拓扑结构中的重要性，能够更准确全面的对整个拓扑结构进行优化。
【IPC分类】H04B7-185, H04L12-24
【公开号】CN104869017
【申请号】CN201510217920
【发明人】张弓, 郑晋军, 杨聪伟, 王雪旸, 刘欣萌, 姜竹清, 武向军, 胡伟, 毕少筠, 刘安邦
【申请人】北京空间飞行器总体设计部
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月30日