1.一种基于离散子拓扑序列和遗传算法的卫星层间拓扑重构方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:根据卫星相对运动的内在规律,借助滑动窗口方法寻找静态子拓扑及该静态子拓扑的存活时间,并构建离散子拓扑时间序列;
步骤2:在离散子拓扑时间序列的基础上,统筹考虑所有LEO-MEO卫星所有的边的重构,利用遗传算法将LEO-MEO卫星层间子拓扑作为个体,采用顺序权重进行顺序编码,产生初始种群;
步骤3:将时域寿命和重构代价双重指标线性和作为适应度函数进行遗传算子操作,并在每次遗传算子操作迭代完成后对初始种群进行修正操作;
步骤4:根据时域约束的异步进化终止条件,并累计适应度值,得到最优个体及该最优个体祖先构成的最稳定的拓扑重构过程。
2.根据权利要求1所述的基于离散子拓扑序列和遗传算法的卫星层间拓扑重构方法,其特征在于,所述步骤1包括:
步骤1.1:根据卫星相对运动的内在规律,为每颗LEO卫星建立时间线,根据所连接的MEO卫星进行分段;其中,卫星相对运动的内在规律是指:尽管卫星的运动轨道不同,但是每一颗卫星都是进行周期性运动,从而使得任意两颗卫星之间相对运动轨迹也呈周期性,将其中一颗卫星看成静态时,能够动态计算另一个卫星距离远点的距离,从而判断任意两颗卫星的可见时间段;
步骤1.2:用窗口截取各LEO卫星的时间线;具体地,设窗口的起始时间是0时刻,而窗口的截止时间从0时刻开始逐渐增大,直到某一时间点,窗口中的某个LEO卫星切换到某一MEO卫星时,则窗口停止增大,当前窗口内的层间卫星拓扑即为对应时间段的静态子拓扑;
步骤1.3:将窗口从起始位置移动到当前截止时刻,截止位置从当前时刻开始增大直到出现某个LEO卫星切换到某一MEO卫星时,则停止切换;
步骤1.4:判断系统周期是否完成,若完成则结束,得到系统周期内的层间拓扑的离散子拓扑时间序列,并执行步骤2;若未完成,则返回执行步骤1.3。
3.根据权利要求1所述的基于离散子拓扑序列和遗传算法的卫星层间拓扑重构方法,其特征在于,所述步骤1中的滑动窗口方法是指:为各LEO卫星建立时间线,标注不同时间段上所连接的MEO卫星,用窗口截取各LEO卫星的时间线,获得窗口对应时间段内的各LEO与MEO卫星的连接情况。
4.根据权利要求1所述的基于离散子拓扑序列和遗传算法的卫星层间拓扑重构方法,其特征在于,所述步骤2还包括:针对边的各项参数,所述各项参数包括:角度、维持时间长度、距离;将单条LEO-MEO边的单项参数值减去所有LEO-MEO边的该单项参数数值中的最小值的差,所述差再除以所有边的该单项参数值的最大值与最小值之间的差,得到的结果作为单条LEO-MEO边的单项权重,然后根据实际网络性能对边的各参数依赖情况建立映射函数,以各单项权重为函数参数,计算顺序权重,根据单项权重进行顺序编码,产生初始种群。
5.根据权利要求1所述的基于离散子拓扑序列和遗传算法的卫星层间拓扑重构方法,其特征在于,所述步骤3中的适应度函数为遗传算子操作迭代过程中子代拓扑寿命指标与重构代价指标之和;其中,寿命指标是该个体寿命在系统周期中所占的比重;重构代价是指当前个体与其父代个体相比,重构的链路数量占链路数量的比值。
6.根据权利要求1所述的基于离散子拓扑序列和遗传算法的卫星层间拓扑重构方法,其特征在于,所述步骤3中的遗传算子操作是指:采用顺序编码的方式消除个体在时域上的异质性,但是仍会引入不存在的边,因而在遗传算法执行过程中,需要对种群进行修正操作;
修正操作就是检查种群是否有不存在的个体,若存在不存在个体,将其中不存在的边更换成LEO卫星在当前时刻能够建立的维持时间最长的ILISL,保证种群中所有个体均有效。
7.根据权利要求1所述的基于离散子拓扑序列和遗传算法的卫星层间拓扑重构方法,其特征在于,所述步骤4中的时域约束的异步进化终止是指:在进化过程中,将当代子拓扑的消亡时刻作为时域约束条件,个体的消亡时刻达到或超过系统周期,意味着对应个体已经经历了系统周期,则终止该个体的进化,并统计该个体的累计适应度函数值,将该个体及对应所有祖先的适应度函数值进行累计求和,求和的结果作为最后的筛选标准。
8.根据权利要求1所述的基于离散子拓扑序列和遗传算法的卫星层间拓扑重构方法,其特征在于,所述步骤4中选择累计适应度函数值最大的个体及该个体对应的祖先,该个体即为最优个体,而该个体在进化过程中所有出现的祖先及该个体自身即为动态拓扑的离散子拓扑的时间序列,表征了动态拓扑的演化过程,也就是在系统周期中,层间拓扑的重构过程。