一种卫星分簇方法、地面控制设备及地面系统与流程

本技术实施例涉及通信，尤其涉及一种卫星分簇方法、地面控制设备及地面系统。

背景技术：

1、卫星分簇技术，是将卫星星座中的卫星划分为多个子群体（卫星簇），每卫星簇由少量卫星（如几十至百颗）组成，并选出每个卫星簇的簇首卫星的技术策略，主要应用在低轨巨型星座中。在卫星分簇后，簇内卫星紧密协作，通过簇首卫星负责跨簇协调，如与其他簇首卫星通信，与地面站通信等。

2、相关技术中，根据预先设定的规则以及卫星之间的连接关系，将卫星星座进行划分，得到多个卫星簇。如根据卫星的物理距离等网络拓扑特征来确定实现卫星簇的划分。

3、然而，仅基于卫星之间的连接关系，划分得到的卫星簇，网络性能难以得到保障。鉴于此，需要提供一种卫星分簇方法，以克服上述缺陷。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种卫星分簇方法、地面控制设备及地面系统，用以实现对卫星合理分簇，保证分簇后的网络性能。

2、第一方面，本技术实施例提供了第一种卫星分簇方法，该方法包括：

3、针对多个初始簇中第一初始簇的边缘卫星，确定当所述第一初始簇保留所述边缘卫星时对应的第一适应度，以及，当所述多个初始簇中第二初始簇加入所述边缘卫星时对应的第二适应度；其中，所述边缘卫星为邻居卫星在所述第二初始簇的卫星；所述多个初始簇是对卫星星座划分得到的；

4、将所述第一适应度以及所述第二适应度进行比对，并基于比对结果确定是否将所述边缘卫星从所述第一初始簇迁移到所述第二初始簇；

5、在经过卫星迁移获得多个卫星簇后，基于各卫星簇中多个卫星各自对应的介数中心性，从所述多个卫星中选择各卫星簇对应的簇首卫星。

6、一些可选的实施方式中，在从所述多个卫星中选择各卫星簇对应的簇首卫星之后，还包括：

7、当满足至少一个触发条件时，针对多个第一卫星簇重新进行卫星迁移，获得多个第二卫星簇，并重新选择多个第二卫星簇各自对应的簇首卫星；其中，所述多个第一卫星簇为第i次获得的多个卫星簇，所述多个第二卫星簇为第i+1次获得的多个卫星簇；所述触发条件包括：

8、当前时刻与获得所述多个第一卫星簇的时刻之间的时间间隔，达到预设时间间隔；

9、所述卫星星座中有至少一个卫星发生故障；

10、有至少一个簇首卫星与其他卫星之间的链路发生故障；

11、发生故障的链路数量超过预设数量。

12、一些可选的实施方式中，将所述第一适应度以及所述第二适应度进行比对，并基于比对结果确定是否将所述边缘卫星从所述第一初始簇迁移到所述第二初始簇，包括：

13、若所述第二适应度大于所述第一适应度，且所述第二适应度相较于所述第一适应度的增大比例大于预设比例，则将所述边缘卫星从所述第一初始簇迁移到所述第二初始簇；或者，

14、若所述第二适应度小于或等于所述第一适应度，或者，所述第二适应度相较于所述第一适应度的增大比例小于或等于预设比例，则不将所述边缘卫星从所述第一初始簇迁移到所述第二初始簇。

15、一些可选的实施方式中，当所述边缘卫星对应有多个第二初始簇时，将所述边缘卫星从所述第一初始簇迁移到所述第二初始簇，包括：

16、若所述多个第二初始簇中有一个第三初始簇对应的第二适应度大于所述第一适应度，且对应的第二适应度相较于所述第一适应度的增大比例大于预设比例，则将所述边缘卫星从所述初始簇迁移到所述第三初始簇；或者，

17、若所述多个第二初始簇中有多个第四初始簇对应的第二适应度大于所述第一适应度，且对应的第二适应度相较于所述第一适应度的增大比例大于预设比例，则从所述多个第四初始簇中选择一个第四初始簇，并将所述边缘卫星从所述第一初始簇迁移到选择的所述第四初始簇。

18、一些可选的实施方式中，从所述多个第四初始簇中选择一个第四初始簇，包括：

19、在对应的第二适应度大于对应的第三适应度的第四初始簇中选择一个第四初始簇；其中，所述第三适应度为对应的第四初始簇在加入所述边缘卫星之前的适应度；或者，

20、选择第二适应度最大的第四初始簇。

21、一些可选的实施方式中，基于各卫星簇中多个卫星各自对应的介数中心性，从所述多个卫星中选择各卫星簇对应的簇首卫星，包括：

22、针对任一卫星簇，基于所述卫星簇中多个卫星各自对应的介数中心性，从所述多个卫星中选择至少一个候选簇首；

23、基于所述至少一个候选簇首各自对应的节点性能值，从所述至少一个候选簇首中选择簇首卫星。

24、一些可选的实施方式中，基于所述卫星簇中多个卫星各自对应的介数中心性，从所述多个卫星中选择至少一个候选簇首，包括：

25、将所述多个卫星中，介数中心性最大的m个卫星，作为所述候选簇首；或者，

26、将所述多个卫星中，介数中心性大于预设阈值的卫星，作为所述候选簇首。

27、一些可选的实施方式中，通过以下方式确定各卫星的节点性能值：

28、针对任一卫星，获得所述卫星在多个节点性能指标下的节点性能参数；其中，所述多个节点性能指标包括队列长度、连接度以及能量效率中的部分或全部；

29、基于获得的多个节点性能参数以及各自对应的权重，获得所述卫星对应的节点性能值。

30、一些可选的实施方式中，在针对多个初始簇中第一初始簇的边缘卫星，确定当所述第一初始簇保留所述边缘卫星时对应的第一适应度，以及，当所述多个初始簇中第二初始簇加入所述边缘卫星时对应的第二适应度之前，还包括：

31、基于卫星星座中卫星之间的连接关系，将所述卫星星座分为多个初始簇。

32、一些可选的实施方式中，基于卫星星座中卫星之间的连接关系，将所述卫星星座分为多个初始簇，包括：

33、从所述卫星星座的剩余卫星中随机选择一个第i中心卫星，并将所述第i中心卫星以及n跳内的剩余卫星作为第i个初始簇，直到所述卫星星座中没有剩余卫星；

34、其中，所述剩余卫星为没有被划分到初始簇中的卫星。

35、一些可选的实施方式中，通过以下方式确定各初始簇各自对应的适应度：

36、针对任一初始簇，获得所述初始簇在多个簇性能指标下的簇性能参数；其中，所述多个簇性能指标包括吞吐量、延迟量、丢包率、链路利用率以及通信效率中的部分或全部；

37、基于获得的多个簇性能参数以及各自对应的权重，获得所述初始簇对应的适应度。

38、一些可选的实施方式中，在将所述卫星星座分为多个初始簇之后，还包括：

39、针对任一初始簇，基于所述初始簇中多个卫星各自对应的连接度，从所述多个卫星中选择一个初始簇首。

40、第二方面，本技术实施例提供了第一种卫星分簇装置，该装置包括：

41、适应度确定模块，用于针对多个初始簇中第一初始簇的边缘卫星，确定当所述第一初始簇保留所述边缘卫星时对应的第一适应度，以及，当所述多个初始簇中第二初始簇加入所述边缘卫星时对应的第二适应度；其中，所述边缘卫星为邻居卫星在所述第二初始簇的卫星；所述多个初始簇是对卫星星座划分得到的；

42、分簇调整模块，用于将所述第一适应度以及所述第二适应度进行比对，并基于比对结果确定是否将所述边缘卫星从所述第一初始簇迁移到所述第二初始簇；

43、簇首选择模块，用于在经过卫星迁移获得多个卫星簇后，基于各卫星簇中多个卫星各自对应的介数中心性，从所述多个卫星中选择各卫星簇对应的簇首卫星。

44、一些可选的实施方式中，还包括动态分簇模块，在簇首选择模块从所述多个卫星中选择各卫星簇对应的簇首卫星之后，用于：

45、当满足至少一个触发条件时，针对多个第一卫星簇重新进行卫星迁移，获得多个第二卫星簇，并重新选择多个第二卫星簇各自对应的簇首卫星；其中，所述多个第一卫星簇为第i次获得的多个卫星簇，所述多个第二卫星簇为第i+1次获得的多个卫星簇；所述触发条件包括：

46、当前时刻与获得所述多个第一卫星簇的时刻之间的时间间隔，达到预设时间间隔；

47、所述卫星星座中有至少一个卫星发生故障；

48、有至少一个簇首卫星与其他卫星之间的链路发生故障；

49、发生故障的链路数量超过预设数量。

50、一些可选的实施方式中，分簇调整模块，具体用于：

51、若所述第二适应度大于所述第一适应度，且所述第二适应度相较于所述第一适应度的增大比例大于预设比例，则将所述边缘卫星从所述第一初始簇迁移到所述第二初始簇；或者，

52、若所述第二适应度小于或等于所述第一适应度，或者，所述第二适应度相较于所述第一适应度的增大比例小于或等于预设比例，则不将所述边缘卫星从所述第一初始簇迁移到所述第二初始簇。

53、一些可选的实施方式中，当所述边缘卫星对应有多个第二初始簇时，分簇调整模块，具体用于：

54、若所述多个第二初始簇中有一个第三初始簇对应的第二适应度大于所述第一适应度，且对应的第二适应度相较于所述第一适应度的增大比例大于预设比例，则将所述边缘卫星从所述初始簇迁移到所述第三初始簇；或者，

55、若所述多个第二初始簇中有多个第四初始簇对应的第二适应度大于所述第一适应度，且对应的第二适应度相较于所述第一适应度的增大比例大于预设比例，则从所述多个第四初始簇中选择一个第四初始簇，并将所述边缘卫星从所述第一初始簇迁移到选择的所述第四初始簇。

56、一些可选的实施方式中，分簇调整模块，具体用于：

57、在对应的第二适应度大于对应的第三适应度的第四初始簇中选择一个第四初始簇；其中，所述第三适应度为对应的第四初始簇在加入所述边缘卫星之前的适应度；或者，

58、选择第二适应度最大的第四初始簇。

59、一些可选的实施方式中，簇首选择模块，具体用于：

60、针对任一卫星簇，基于所述卫星簇中多个卫星各自对应的介数中心性，从所述多个卫星中选择至少一个候选簇首；

61、基于所述至少一个候选簇首各自对应的节点性能值，从所述至少一个候选簇首中选择簇首卫星。

62、一些可选的实施方式中，簇首选择模块，具体用于：

63、将所述多个卫星中，介数中心性最大的m个卫星，作为所述候选簇首；或者，

64、将所述多个卫星中，介数中心性大于预设阈值的卫星，作为所述候选簇首。

65、一些可选的实施方式中，簇首选择模块用于通过以下方式确定各卫星的节点性能值：

66、针对任一卫星，获得所述卫星在多个节点性能指标下的节点性能参数；其中，所述多个节点性能指标包括队列长度、连接度以及能量效率中的部分或全部；

67、基于获得的多个节点性能参数以及各自对应的权重，获得所述卫星对应的节点性能值。

68、一些可选的实施方式中，还包括初始分簇模块，用于：

69、在适应度确定模块针对多个初始簇中第一初始簇的边缘卫星，确定当所述第一初始簇保留所述边缘卫星时对应的第一适应度，以及，当所述多个初始簇中第二初始簇加入所述边缘卫星时对应的第二适应度之前，基于卫星星座中卫星之间的连接关系，将所述卫星星座分为多个初始簇。

70、一些可选的实施方式中，初始分簇模块，具体用于：

71、从所述卫星星座的剩余卫星中随机选择一个第i中心卫星，并将所述第i中心卫星以及n跳内的剩余卫星作为第i个初始簇，直到所述卫星星座中没有剩余卫星；

72、其中，所述剩余卫星为没有被划分到初始簇中的卫星。

73、一些可选的实施方式中，适应度确定模块，具体用于：

74、针对任一初始簇，获得所述初始簇在多个簇性能指标下的簇性能参数；其中，所述多个簇性能指标包括吞吐量、延迟量、丢包率、链路利用率以及通信效率中的部分或全部；

75、基于获得的多个簇性能参数以及各自对应的权重，获得所述初始簇对应的适应度。

76、一些可选的实施方式中，初始分簇模块，在将所述卫星星座分为多个初始簇之后，还用于：

77、针对任一初始簇，基于所述初始簇中多个卫星各自对应的连接度，从所述多个卫星中选择一个初始簇首。

78、第三方面，本技术实施例提供一种地面控制设备，包括至少一个处理器以及至少一个存储器，其中，所述存储器存储有计算机程序，当所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述第一方面任一所述的卫星分簇方法。

79、第四方面，本技术实施例提供一种地面系统，包括上述第二方面所述的地面控制设备以及多个地面站。

80、第五方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，其存储有可由处理器执行的计算机程序，当所述程序在所述处理器上运行时，使得所述处理器执行上述第一方面任一所述的卫星分簇方法。

81、本技术实施例，在将卫星星座初步划分为多个初始簇之后，进一步确定如果将该边缘卫星从第一初始簇迁移到第二初始簇，第一初始簇所对应的第一适应度（表征第一初始簇当前的通信质量），以及第二初始簇所对应的第二适应度（表征第二初始簇加入该边缘卫星后的通信质量）；通过将第一适应度以及第二适应度进行比对，根据比对结果即可获知将边缘卫星从第一初始簇迁移到第二初始簇之后对通信质量的影响，因此，基于比对结果能够准确判断出在当前的网络状态下是否应该迁移该边缘卫星；通过多次在不同初始簇中进行卫星迁移，得到负载更加均衡，簇结构更加稳定的卫星簇，进而选择出适合负责跨簇协调的簇首卫星，不仅保证了分簇后数据传输效率，也提升了整个卫星网络的通信效率和可靠性。