【技術實現步驟摘要】
：本專利技術涉及衛星通信，具體的說是一種能夠顯著提高網絡容量的無線組播衛星網絡拓撲構建及遺傳算法流量分配方法。
技術介紹
0、
技術介紹
：
1、近年來，與傳統光纖和移動網絡相比，衛星網絡能夠提供更大的覆蓋范圍和吞吐量，特別是在山區和海洋等偏遠地區，而不會產生額外的部署成本，因此受到越來越多的關注。因此，衛星網絡已成為下一代通信網絡的重要組成部分。然而，衛星網絡的存儲、功率和頻帶等資源有限，而流媒體視頻、vr/ar、大型語言模型等高帶寬傳輸任務是當前和未來網絡提供的基本服務。因此，如何在有限的通信資源下實現網絡傳輸容量的最大化，是當前衛星通信領域的研究熱點，也是衛星網絡實際應用的關鍵。
2、傳統的方法往往是通過優化通信資源的分配來提高網絡容量，如構造增益函數來描述多業務的特點，提出的一種多波束聯合資源分配方案來提高衛星網絡的容量。這些研究雖然通過研究資源分配問題實現了一定的容量優化，但缺乏對衛星網絡動態特性的考慮。在實際輸電場景中，由于環境和任務的不斷變化，資源優化策略也需要實時更新。然而，這些研究中使用的大多數優化算法計算時間太長，并且在較大的星座中占用大量內存，難以保持高實時性。因此，提高網絡本身的特性是一個比較實際的研究方向。
3、網絡編碼是在組播場景下提高網絡性能的有效工具，大量研究證明了其在提高網絡容量方面的能力。根據目前的研究，網絡拓撲結構對網絡編碼提高網絡容量的有效性有顯著影響，發現它可能有利于故障概率的降低。同時，對拓撲構造進行優化也可以成為提高網絡編碼系統性能的有效方法。然而，由
技術實現思路
0、
技術實現思路
：
1、本專利技術針對現有技術中存在的缺點和不足，提出了一種能夠顯著提高網絡容量的無線組播衛星網絡拓撲構建及遺傳算法流量分配方法。
2、本專利技術通過以下措施達到：
3、一種無線組播衛星網絡拓撲構建及遺傳算法流量分配方法，所述無線組播衛星網絡由多顆通信衛星組成，每顆衛星與其他衛星建立多個衛星間無線鏈路isl從而成為一個網絡節點，每個節點都可以根據需要作為源節點、中繼節點或目的節點，在采用網絡編碼的多播傳輸中，先由多顆源衛星對信息進行編碼并傳輸到通過已建鏈路連接的中繼衛星上，中繼衛星再對這些數據包進行編碼并轉發，需要從其中一顆源衛星獲取數據的目的衛星將來自中繼衛星的數據包收集并解碼得到原始信息，將短時期內的網絡視為靜態的，將總傳輸時間t分成n個時隙，則每個時隙的長度為τ＝t/n，當τ足夠小時，isl特性的變化忽略不計，其中，為頂點集，表示第t個時隙的第i個衛星節點，e，其中s表示源衛星集，r為中繼衛星集，d為目的衛星集，e是邊的集合，它包含一個衛星槽中兩個衛星之間的通信邊和一個衛星槽中兩個衛星之間的存儲邊，將通信邊緣的容量定義為兩顆衛星間isl的吞吐量，的容量表示為，
4、
5、式中，b為isl帶寬，為第i顆衛星在第t時隙的發射功率，為平均噪聲功率，
6、為第i顆衛星與第j顆衛星之間的isl增益，可計算為：
7、n＝kbγ?(3)，
8、式中λ為波長，gtr和gre分別為發射增益和接收增益，為第i顆衛星與第j顆衛星之間的距離，k為玻爾茲曼常數，γ為噪聲溫度，對于表示為的存儲邊，其容量為第i顆衛星的存儲容量stoi；
9、其特征在于，使用建立的時間擴展圖g來描述衛星網絡的拓撲結構,將多播傳輸問題從源衛星目標衛星流分配問題的時間擴展g的頂點s(1)來源和目的地之間的頂點集d，網絡拓撲為g,定義一組二進制來描述是否應當被建立，考慮每個衛星只有有限數量的天線，有約束為：
10、
11、為了表示源衛星經過中繼衛星和傳輸，最終被目標衛星收集的信息流量，ds∈d是接收來自數據的目標衛星的集合，定義將各中繼衛星的流量平衡約束表示為：
12、
13、此外所有的信息都是在給定的時間內由源衛星發送，由目標衛星收集，這樣就有了源衛星和目標衛星的流量約束：
14、
15、根據線性網絡編碼理論，在的傳輸過程中，傳輸的數據量等于該isl向不同目標衛星的最大流量，且不能超過isl的容量，因此，有
16、
17、同樣，對于表示數據已被衛星i存儲而未被傳輸的其數量不能超過存儲容量，因此有
18、
19、在找到約束條件后，用網絡編碼來構建多播衛星網絡的優化問題，優化問題是優化建立isls的方案流量分布要求使編碼容量符合線性網絡編碼理論，具體地說，優化問題是：
20、
21、通過基于遺傳算法ga的isl構建方法來解決優化問題。
22、本專利技術所述基于遺傳算法ga的isl構建方法來解決優化問題包括：具有不同染色體的個體被隨機生成，形成初始種群，通過評估每個個體代表的網絡拓撲的傳輸性能作為其適應度函數，確定哪些個體可以復制，將這些個體的染色體進行交叉，模擬自然界的有性繁殖，從而在保留當前網絡拓撲結構部分優勢的前提下，尋找其他更好的解決方案，同時，群體周期性隨機更新，模擬基因突變，鼓勵在解空間的未知區域進行搜索，防止算法陷入局部最優解，以上過程迭代重復，在種群特征趨于穩定或達到最大迭代次數m后，選擇適應度最高的個體，其所代表的isl建立集合a即為本算法得到的解，具體包括以下步驟：
23、步驟1：創建初始種群，初始種群是隨機選擇的有效候選解(個體)的集合，每個個體都有不同的隨機生成的染色體；構建一個完整的拓撲來得到優化變量a，只要有兩個衛星可見，就構建isl并將isl作為元素添加到集合a中，并將a編碼到染色體gi中，如果有p個體，就有總體g＝{gi|i∈p}；
24、步驟2：計算適應度計算每個個體的適應度函數值，此操作對初始填充執行一次，然后在應用選擇、交叉和突變的遺傳算子后，每一代都要重復一次，由于每個個體的適應度是獨立于其他個體的，因此可以并行計算，為了解決這一問題，將優化問題作為適應度函數，利用每個個體染色體所代表的網絡拓撲結構來獲得網絡編碼所能實現的最大組播容量，并確定每個個體的值，由于變量a已經由染色體給出，適應度函數計算如下:
25、
26、步驟3：選擇、交叉和突變將選擇、交叉和突變的遺傳算子應用到一個群體中，產生以當前一代中較好的個體為基礎的新一代，選擇的目的是選擇在當前種群中具有優勢的個體，個體染色體被選擇繁殖的概率與其適合度f(gi)成正比，集合pi是第i個體的染色體被選中的概率，有
27、交叉負責從選定的個體中產生后代，這一過程通常通過兩個選定的個體交換其染色單體的部分來完成，以產生兩條代表后代的新染色體，交集為k，親本染色體分別為gi和gj，則子代gnew可表示為:
28、gnew＝(gi1,gi2,…gik,gj(k+1),…,gjn)，突變操作隨機改變每個新創造個體本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種無線組播衛星網絡拓撲構建及遺傳算法流量分配方法，所述無線組播衛星網絡由多顆通信衛星組成，每顆衛星與其他衛星建立多個衛星間無線鏈路ISL從而成為一個網絡節點，每個節點都可以根據需要作為源節點、中繼節點或目的節點，在采用網絡編碼的多播傳輸中，先由多顆源衛星對信息進行編碼并傳輸到通過已建鏈路連接的中繼衛星上，中繼衛星再對這些數據包進行編碼并轉發，需要從其中一顆源衛星獲取數據的目的衛星將來自中繼衛星的數據包收集并解碼得到原始信息，將短時期內的網絡視為靜態的，將總傳輸時間T分成N個時隙，則每個時隙的長度為τ＝T/N，當τ足夠小時，ISL特性的變化忽略不計，其中，為頂點集，表示第t個時隙的第i個衛星節點，E，其中S表示源衛星集，R為中繼衛星集，D為目的衛星集，E是邊的集合，它包含一個衛星槽中兩個衛星之間的通信邊和一個衛星槽中兩個衛星之間的存儲邊，將通信邊緣的容量定義為兩顆衛星間ISL的吞吐量，的容量表示為，
2.根據權利要求1所述的無線組播衛星網絡拓撲構建及遺傳算法流量分配方法，其特征在于，所述基于遺傳算法GA的ISL構建方法來解決優化問題包括：具有不同染色體的個體被隨機
3.根據權利要求2所述的無線組播衛星網絡拓撲構建及遺傳算法流量分配方法，其特征在于，步驟2中，進行以下操作，完成求解最大流量問題：
...【技術特征摘要】
1.一種無線組播衛星網絡拓撲構建及遺傳算法流量分配方法，所述無線組播衛星網絡由多顆通信衛星組成，每顆衛星與其他衛星建立多個衛星間無線鏈路isl從而成為一個網絡節點，每個節點都可以根據需要作為源節點、中繼節點或目的節點，在采用網絡編碼的多播傳輸中，先由多顆源衛星對信息進行編碼并傳輸到通過已建鏈路連接的中繼衛星上，中繼衛星再對這些數據包進行編碼并轉發，需要從其中一顆源衛星獲取數據的目的衛星將來自中繼衛星的數據包收集并解碼得到原始信息，將短時期內的網絡視為靜態的，將總傳輸時間t分成n個時隙，則每個時隙的長度為τ＝t/n，當τ足夠小時，isl特性的變化忽略不計，其中，為頂點集，表示第t個時隙的第i個衛星節點，e，其中s表示源衛星集，r為中繼衛星集，d為目的衛星集，e是邊的集合，它包含一個衛星槽中兩個衛星之間的通信邊和一個衛星槽中兩個衛星之間的存儲邊，將通信邊緣的容量定義為兩顆衛星間isl的吞吐量，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬若飛，張開源，王瑞松，賴昌慶，柏蕓，劉功亮，蒙靜，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學威海，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。