一种卫星网络缓存节点的选取与分配方法

技术特征：
1.一种卫星网络缓存节点的选取与分配方法，其特征是：由以下步骤实现：步骤一、将卫星网络一个运行周期对应的拓扑状态作为原始快照序列s；将所述原始快照序列s中的任意两个相邻快照进行相似性计算，分别获得相邻快照的or相似性，pcc相似性和asn相似性；步骤二、根据步骤一获得的or相似性，pcc相似性和asn相似性，计算获得相邻快照的ls相似性；步骤三、将步骤二获得的ls相似性极小值作为分割点，获得卫星网络时隙序列p＝{p1,p2,
…
,p
k
,
…
,p
m
}，时隙p
k
的时长与卫星运行周期的比值为时隙p
k
的时间权重，时隙序列p对应的时间权重序列为tw＝{tw1,tw2,
…
,tw
k
,
…
,tw
m
}；时隙p
k
对应的邻接矩阵为a
(k)
；其中，维数为n
×
n，a
st
为节点s与节点t的连边；当节点s与节点t连接时，a
st
为1，否则，a
st
为0；步骤四、将步骤三所述的相邻时隙p
k-1
、p
k
、p
k 1
对应的邻接矩阵a
(k-1)
、a
(k)
、a
(k 1)
，采用下式，获取时隙p
k
对应的基于多层网络的扩展邻接矩阵a
′
；其中，i为单位矩阵，ω为可调参数；步骤五、对步骤四所述的扩展邻接矩阵a
′
进行计算，分别获取时隙p
k
中任意节点的度中心性dc，介数中心性bc和紧密度中心性cc；步骤六、对步骤四所述的扩展邻接矩阵a
′
进行计算，分别获取时隙p
k
中任意节点的传输能力tc，网络约束系数ncc和效率值ef；步骤七、对步骤四所述的扩展邻接矩阵a
′
进行计算，获取决策矩阵x，用下式表示为：式中，f为多层网络中节点的总数，g为评价指标的总数，x
bc
表示第c个指标针对节点b的评价结果，评价结果包括度中心性dc、介数中心性bc、紧密度中心性cc、传输能力tc、网络约束系数ncc以及效率值ef；步骤八、将步骤七所述的决策矩阵x进行标准化，获取标准化决策矩阵y，并对所述标准化决策矩阵y进行加权计算，获得加权决策矩阵z；
步骤九、对所述加权决策矩阵z进行计算，获得相对贴近度c
b
；步骤十、根据相对贴近度，获取时隙p
k
中任意节点v的重要度值f
v
，用下式表示为：其中，n为单层网络中节点的总数，tw
v-1
、tw
v
、tw
v 1
为步骤三所述的相邻时隙对应的时间权重；将所述重要度值f
v
采用降序排列，选取前t个节点作为卫星网络在时隙p
k
运行时间内的缓存节点；步骤十一、对步骤十所述的缓存节点设置路由转发策略；所述路由转发策略包括兴趣包处理和数据包处理两个过程；所述兴趣包处理过程如下：用户根据需求向网络中发送内容请求的兴趣包，在用户节点到星上服务器节点间的最短路径上，兴趣包进行转发并记录到达响应节点过程中经历的跳数hop；当星上路由器节点接收到该兴趣包，在其内容存储表cs中查找是否有与内容名称相同的数据；如果查找成功，则直接将数据包回传给处理该兴趣包的接入端口；否则，在待定兴趣表pit中查找是否存在该内容请求的条目；如果存在对应的pit条目，则丢弃兴趣包，并在现有条目中增加该兴趣包的接入端口；否则，创建一条新的pit条目，并查找待定兴趣表pit中记录的转发端口，将兴趣包转发到下一跳星上路由器节点；所述数据包处理过程如下：星上服务器节点或者具有内容副本的缓存节点响应接收到的兴趣包，并发回与请求内容匹配的数据包，该数据包将沿着兴趣包转发路径进行反向回传，当星上路由器节点接收到数据包时，需要判断该节点是否是选定的缓存节点；如果该节点属于缓存节点集合并且缓存空间未满，则在该节点存储内容副本并转发数据包至下一跳星上路由器节点；如果该节点属于缓存节点集合但是缓存空间已满，则根据lru缓存替换策略进行缓存内容替换并转发数据包至下一跳星上路由器节点；如果该节点不属于缓存节点集合，则直接转发数据包至下一跳星上路由器节点，当用户节点接收到回传的数据包，该过程终止，完成缓存节点放置。2.根据权利要求1所述的一种卫星网络缓存节点的选取与分配方法，其特征在于：步骤一中，获得相邻快照s
i
和s
j
的or相似性or(s
i
,s
j
)，pcc相似性pcc(s
i
,s
j
)和asn相似性asn(s
i
,s
j
)的公式如下：式中，为快照s
i
中的链路总数，为快照s
j
中的链路总数，为快照s
i
与快照s
j
共有的链路总数；
式中，n2为快照中向量的总数，为快照s
i
中第u个向量，为快照s
j
中第u个向量，为快照s
i
中所有横向量组合而成的向量，为快照s
j
中所有横向量组合而成的向量，和分别为和的平均值，和分别为和的标准差；3.根据权利要求1所述的一种卫星网络缓存节点的选取与分配方法，其特征在于：步骤二中，相邻快照s
i
和s
j
的ls相似性，用下式表示为：4.根据权利要求1所述的一种卫星网络缓存节点的选取与分配方法，其特征在于：步骤五中，对时隙p
k
中任意节点v的度中心性dc(v)，介数中心性bc(v)和紧密度中心性cc(v)的具体公式如下：式中，为节点v的邻接节点，a
vw
为节点v与节点w的连边；式中，δ
st
为节点s到节点t的最短路径数，δ
st
(v)为节点s到节点t且经过节点v的最短路径数，v为时隙p
k
中节点集合；式中，l
vs
为节点v到节点s的最短路径长度，n为单层网络中节点的总数。5.根据权利要求1所述的一种卫星网络缓存节点的选取与分配方法，其特征在于：步骤六中，时隙p
k
中任意节点v的传输能力tc(v)，网络约束系数ncc(v)和效率值ef(v)的计算公式如下：式中，<k>为时隙p
k
的平均度，l
vs
为节点v到节点s的最短路径长度，v为时隙p
k
中节点集合；
式中，rc(v)为节点v的约束力，v为时隙p
k
中节点集合；时隙p
k
中任意节点v的效率值ef用下式计算为：式中，为节点v的邻接节点，为节点h的邻接节点，n(v)为节点v的邻接节点的总数，v为时隙p
k
中节点集合。6.根据权利要求5所述的一种卫星网络缓存节点的选取与分配方法，其特征在于：时隙p
k
中任意节点v的约束力rc用公式计算为：式中，为节点v的邻接节点，节点q为节点v与节点w的共同邻接节点，p
vw
为节点w的邻接度与节点v的邻接节点的邻接度之和的比值，p
vq
为节点q的邻接度与节点v的邻接节点的邻接度之和的比值，p
qw
为节点w的邻接度与节点q的邻接节点的邻接度之和的比值，q(w)和q(h)分别为节点w和节点h的邻接度；节点v的邻接度q(v)为：式中，为节点v的邻接节点，dc(w)为节点w的度值。7.根据权利要求1所述的一种卫星网络缓存节点的选取与分配方法，其特征在于：步骤八中，标准化决策矩阵y的公式为：式中，f为多层网络中节点的总数；对所述标准化决策矩阵y采用下式计算获取加权决策矩阵z；
其中，iw
c
为第c个评价指标的权重，h
c
为第c个指标对应的熵值，g为评价指标的总数。8.根据权利要求1所述的一种卫星网络缓存节点的选取与分配方法，其特征在于：步骤九的具体计算过程为：对加权决策矩阵z采用下式，获取正理想解s

和负理想解s-；其中，z
b1
为指标1对于节点b的评价结果；将所述正理想解s

和负理想解s-采用下式计算，获取评价指标与正理想解距离和负理想解距离理想解距离其中，z
bc
为指标c对于节点b的评价结果，和分别为正理想解和负理想解；采用下式计算评价指标与理想解距离的相对贴近度c
b
；

技术总结
一种卫星网络缓存节点的选取与分配方法，涉及卫星网络缓存技术领域，为解决现有缓存放置方法没有考虑卫星网络时空演化过程中节点间的耦合关系，不适用于节点高速运行的动态网络，以及没有综合考虑卫星网络拓扑特点和功能特点的缺陷问题，本发明将动态变化的卫星运行周期划分为一组具有稳定拓扑的时隙序列；将各时隙的邻接矩阵扩展为基于多层网络的扩展邻接矩阵；根据卫星网络的拓扑结构特点和功能特点选取节点重要性评价指标；结合TOPSIS算法和节点重要性评价指标，选择符合要求的星上路由器节点作为缓存节点；在缓存节点上设置数据包和兴趣包的处理和转发策略。本发明考虑卫星网络的演化特点，可以适应时变的卫星网络请求，保障良好的用户体验。保障良好的用户体验。保障良好的用户体验。


技术研发人员：底晓强 许睿 李锦青 祁晖 任维武 从立钢 毕琳 解男男
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：2022.05.05
技术公布日：2022/8/30