网络容量确定方法、装置、电子设备及存储介质

1.本技术涉及网络评估技术领域，尤其涉及一种网络容量确定方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.相关技术中，通常通过链路带宽叠加估计方法或离散事件系统仿真方法对网络的流量进行评估和确定，但对于高动态的卫星网络及业务流量，离散事件系统仿真方法中，存在设置复杂且仿真时间长等问题，未能实现对高动态卫星拓扑的灵活适配，仿真设置存在灵活性差、结果普适性低的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术的目的在于提出一种网络容量确定方法、装置、电子设备及存储介质。
4.基于所述目的，在第一方面，本技术提供了一种网络容量确定方法，包括：
5.根据卫星通信网络架构建立通信网络仿真模型以确定卫星通信网络拓扑连接关系；其中，所述卫星通信网络拓扑连接关系，包括：邻接矩阵序列，所述邻接矩阵序列，包括：多个邻接矩阵；
6.根据预设顺序遍历所述邻接矩阵序列，并将全部所述邻接矩阵切分以确定拓扑切片序列；
7.根据抽象规则和业务模型遍历所述拓扑切片序列，并对所述拓扑切片序列进行抽象以确定抽象拓扑切片序列；
8.根据所述抽象拓扑切片序列确定容量序列和最大流路径序列，并根据所述容量序列和所述最大流路径序列确定网络容量。
9.在一种可能的实现方式中，所述根据卫星通信网络架构建立通信网络仿真模型以确定卫星通信网络拓扑连接关系，包括：
10.根据所述卫星通信网络架构确定网络节点集合；其中，所述网络节点集合，包括：卫星节点集合和地面站节点集合；
11.双向连接网络节点集合中的各个节点以确定链路集合；
12.根据所述网络节点集合和所述链路集合建立所述通信网络仿真模型；
13.以卫星轨道周期作为仿真时长运行所述通信网络仿真模型以确定所述卫星通信网络拓扑连接关系；其中所述卫星通信网络拓扑连接关系，包括：邻接矩阵序列；所述邻接矩阵序列，包括：多个邻接矩阵；
14.其中，任意一个邻接矩阵表示为
[0015][0016]
其中，ai表示i时刻卫星网络中卫星与地面站的邻接矩阵，m为网络集合v中的节点数目，t表示仿真周期，e
jk
表示节点vj至节点vk的有向链路的物理距离。
[0017]
在一种可能的实现方式中，所述根据预设顺序遍历所述邻接矩阵序列，并将全部所述邻接矩阵切分以确定拓扑切片序列，包括：
[0018]
根据所述邻接矩阵的序号从小到大的顺序依次遍历分析所述邻接矩阵序列；
[0019]
确定当前邻接矩阵对应的第一拓扑切片；
[0020]
确定后一个邻接矩阵的馈电链路是否发生通断变化；
[0021]
响应于后一个邻接矩阵的馈电链路发生通断变化，则将所述后一个邻接矩阵的拓扑切片确定为第二拓扑切片；其中，所述第一拓扑切片与所述第二拓扑切片不同；
[0022]
根据全部邻接矩阵对应的拓扑切片确定所述拓扑切片序列。
[0023]
在一种可能的实现方式中，所述拓扑切片序列，包括：多个拓扑切片；所述邻接矩阵，包括：接入卫星节点和信关站节点；
[0024]
所述根据抽象规则和业务模型遍历所述拓扑切片序列，并对所述拓扑切片序列进行抽象以确定抽象拓扑切片序列，包括：
[0025]
对每个拓扑切片以及对应的邻接矩阵，
[0026]
向所述邻接矩阵添加虚拟输入节点和虚拟输出节点，并根据网络节点的属性，将所述虚拟输入节点与所述接入卫星节点连接，将所述虚拟输出节点与所述信关站节点连接，以确定抽象拓扑邻接矩阵；
[0027]
根据所述邻接矩阵序列和所述拓扑切片序列确定多个抽象拓扑邻接矩阵，并根据多个抽象拓扑邻接矩阵确定多个抽象拓扑切片；
[0028]
根据所述多个抽象拓扑切片确定所述抽象拓扑切片序列。
[0029]
在一种可能的实现方式中，所述根据所述抽象拓扑切片序列确定容量序列和最大流路径序列，并根据所述容量序列和所述最大流路径序列确定网络容量，包括：
[0030]
利用boykov-kolmogorov算法确定每个抽象拓扑切片中由所述虚拟输入节点至所述虚拟输出节点之间的最大流和最大流路径，并根据每个抽象拓扑切片的最大流确定所述容量序列c，根据每个抽象拓扑切片的最大流路径确定所述最大流路径序列gf；
[0031]
根据确定公式确定所述网络容量；其中，所述确定公式表示为
[0032]cnetwork
＝min(c)
[0033]
其中，c
network
表示网络容量。
[0034]
在一种可能的实现方式中，所述根据所述抽象拓扑切片序列确定容量序列和最大流路径序列，并根据所述容量序列和所述最大流路径序列确定网络容量之后，还包括：
[0035]
根据所述网络容量配置节点路由表项，并以所述网络容量指导网络流量的转发路径，以使所述卫星通信网络的实际流量达到所述网络容量。
[0036]
在第二方面，本技术提供了一种网络容量确定装置，包括：
[0037]
第一确定模块，被配置为根据卫星通信网络架构建立通信网络仿真模型以确定卫星通信网络拓扑连接关系；其中，所述卫星通信网络拓扑连接关系，包括：邻接矩阵序列，所述邻接矩阵序列，包括：多个邻接矩阵；
[0038]
切分模块，被配置为根据预设顺序遍历所述邻接矩阵序列，并将全部所述邻接矩阵切分以确定拓扑切片序列；
[0039]
抽象模块，被配置为根据抽象规则和业务模型遍历所述拓扑切片序列，并对所述拓扑切片序列进行抽象以确定抽象拓扑切片序列；
[0040]
第二确定模块，被配置为根据所述抽象拓扑切片序列确定容量序列和最大流路径序列，并根据所述容量序列和所述最大流路径序列确定网络容量。
[0041]
在一种可能的实现方式中，所述第一确定模块，进一步被配置为：
[0042]
根据所述卫星通信网络架构确定网络节点集合；其中，所述网络节点集合，包括：卫星节点集合和地面站节点集合；
[0043]
双向连接网络节点集合中的各个节点以确定链路集合；
[0044]
根据所述网络节点集合和所述链路集合建立所述通信网络仿真模型；
[0045]
以卫星轨道周期作为仿真时长运行所述通信网络仿真模型以确定所述卫星通信网络拓扑连接关系；其中所述卫星通信网络拓扑连接关系，包括：邻接矩阵序列；所述邻接矩阵序列，包括：多个邻接矩阵；
[0046]
其中，任意一个邻接矩阵表示为
[0047][0048]
其中，ai表示i时刻卫星网络中卫星与地面站的邻接矩阵，t表示仿真周期，e
jk
表示节点vj至节点vk的有向链路的物理距离。
[0049]
在第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述的网络容量确定方法。
[0050]
在第四方面，本技术提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如第一方面所述的网络容量确定方法。
[0051]
从上面所述可以看出，本技术提供的一种网络容量确定方法、装置、电子设备及存储介质，根据卫星通信网络架构建立通信网络仿真模型以确定卫星通信网络拓扑连接关系；其中，所述卫星通信网络拓扑连接关系，包括：邻接矩阵序列，所述邻接矩阵序列，包括：多个邻接矩阵；根据预设顺序遍历所述邻接矩阵序列，并将全部所述邻接矩阵切分以确定拓扑切片序列；根据抽象规则和业务模型遍历所述拓扑切片序列，并对所述拓扑切片序列进行抽象以确定抽象拓扑切片序列；根据所述抽象拓扑切片序列确定容量序列和最大流路径序列，并根据所述容量序列和所述最大流路径序列确定网络容量。通过将动态的卫星通信网络拓扑划分为一系列拓扑切片，并将拓扑切片转换为通用化的抽象拓扑，进一步利用
网络流算法计算抽象拓扑所能承载的流量值，在保证网络容量精细化评估的同时，满足网络评估对高动态卫星网络的评估性能，并实现对于卫星网络场景中存在的异构网络、多业务需求的灵活适配。拓扑抽象技术可以将异构网络拓扑转化为通用网络模型，完成网络拓扑的简化，进而降低网络容量仿真复杂度、降低计算资源消耗，并提供对不同业务模型的灵活适配能力。
附图说明
[0052]
为了更清楚地说明本技术或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0053]
图1示出了卫星通信网络架构的结构示意图。
[0054]
图2示出了本技术实施例所提供的一种网络容量确定方法的示例性流程示意图。
[0055]
图3示出了卫星通信网络拓扑的结构示意图。
[0056]
图4示出了卫星通信网络的抽象拓扑的结构示意图。
[0057]
图5示出了卫星通信网络-空间段架构的结构示意图。
[0058]
图6示出了一种拓扑切片对应的抽象拓扑示意图。
[0059]
图7示出了地面信关站网络架构示意图。
[0060]
图8示出了另一种拓扑切片对应的抽象拓扑示意图。
[0061]
图9示出了本技术实施例所提供的一种网络容量确定装置的示例性结构示意图。
[0062]
图10示出了本技术实施例所提供的一种电子设备的示例性结构示意图。
具体实施方式
[0063]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。
[0064]
需要说明的是，除非另外定义，本技术实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0065]
图1示出了卫星通信网络架构的结构示意图。
[0066]
参考图1，目前主流的低轨卫星星座大多位于1000～1400千米的低地球轨道，数据信息通过微波或激光链路的方式在卫星网络的空间段及地面段传输。数据可从地面终端发送至接入卫星，经过卫星网络的转发，最终由馈电卫星传送至地面信关站。数据传输过程中将经过接入链路、星间链路及馈电链路，其单跳通信传输时延约为7毫秒，考虑到其他方面因素对时延的影响，数据由终端至信关站的传输时延可以维持在50毫秒以内，与地面光纤
网络的时延相当。
[0067]
如背景技术部分所述，相关技术中，对网络的流量进行评估时，通常采用两种方式，一种是链路带宽叠加估计方法，另一种是离散事件系统仿真方法。
[0068]
申请人通过研究发现，链路带宽叠加估计方法中，是将网络中的链路带宽资源进行线性叠加，并将其作为网络容量的估计值，未能考虑业务转发方式等因素对于网络容量的影响，估计结果与实际网络业务承载能力之间存在较大误差。
[0069]
而在离散事件系统仿真方法中，是在软件仿真工具中生成网络运行模型，对动态生成的业务流进行离散时间仿真测试，最终得到网络容量。低轨卫星网络链路持续时间为秒级到分钟级，在两个相邻的拓扑状态之间，链路数量及节点连接将出现大幅度的变化，导致大量的业务中断，需要业务进行动态的重路由。在卫星网络的这种高动态性场景中，离散事件仿真将实时统计这些受影响的业务与网络的资源状态，释放路径资源，重新计算路由路径，并下发信令部署与激活业务管道。随着网络规模的扩大，单次业务路径计算的时间将呈指数型增长，导致仿真耗时远高于现实中时间需求，如在对十分钟内的网络状态进行评估时，离散事件仿真的运行时间将达到小时级。对于高动态的卫星网络及业务流量，离散事件系统仿真方法中，存在设置复杂且仿真时间长等问题，未能实现对高动态卫星拓扑的灵活适配，不能适应卫星通信网络的高速发展需求。
[0070]
另外，由于业务模型的设置对离散事件系统仿真结果有较大影响，实际应用中需要对多种网络及业务模型进行测试及评估，使用离散事件系统仿真方法，仿真设置存在灵活性差、结果普适性低等问题，难以满足网络的灵活测试与评估需求，因而工程指导性较差。
[0071]
正因如此，本技术提供的一种网络容量确定方法、装置、电子设备及存储介质，根据卫星通信网络架构建立通信网络仿真模型以确定卫星通信网络拓扑连接关系；其中，所述卫星通信网络拓扑连接关系，包括：邻接矩阵序列，所述邻接矩阵序列，包括：多个邻接矩阵；根据预设顺序遍历所述邻接矩阵序列，并将全部所述邻接矩阵切分以确定拓扑切片序列；根据抽象规则和业务模型遍历所述拓扑切片序列，并对所述拓扑切片序列进行抽象以确定抽象拓扑切片序列；根据所述抽象拓扑切片序列确定容量序列和最大流路径序列，并根据所述容量序列和所述最大流路径序列确定网络容量。通过将动态的卫星通信网络拓扑划分为一系列拓扑切片，并将拓扑切片转换为通用化的抽象拓扑，进一步利用网络流算法计算抽象拓扑所能承载的流量值，在保证网络容量精细化评估的同时，满足网络评估对高动态卫星网络的评估性能，并实现对于卫星网络场景中存在的异构网络、多业务需求的灵活适配。拓扑抽象技术可以将异构网络拓扑转化为通用网络模型，完成网络拓扑的简化，进而降低网络容量仿真复杂度、降低计算资源消耗，并提供对不同业务模型的灵活适配能力。
[0072]
下面通过具体的实施例来对本技术实施例所提供的网络容量确定方法进行具体说明。
[0073]
图2示出了本技术实施例所提供的一种网络容量确定方法的示例性流程示意图。
[0074]
参考图2，本技术实施例所提供的一种网络容量确定方法具体包括以下步骤：
[0075]
s202：根据卫星通信网络架构建立通信网络仿真模型以确定卫星通信网络拓扑连接关系；其中，所述卫星通信网络拓扑连接关系，包括：邻接矩阵序列，所述邻接矩阵序列，包括：多个邻接矩阵。
[0076]
s204：根据预设顺序遍历所述邻接矩阵序列，并将全部所述邻接矩阵切分以确定拓扑切片序列。
[0077]
s206：根据抽象规则和业务模型遍历所述拓扑切片序列，并对所述拓扑切片序列进行抽象以确定抽象拓扑切片序列。
[0078]
s208：根据所述抽象拓扑切片序列确定容量序列和最大流路径序列，并根据所述容量序列和所述最大流路径序列确定网络容量。
[0079]
在一些实施例中，针对于步骤s202，可以根据所述卫星通信网络架构确定网络节点集合；其中，所述网络节点集合，包括：卫星节点集合和地面站节点集合；进一步地，双向连接网络节点集合中的各个节点以确定链路集合；再进一步地，根据所述网络节点集合和所述链路集合建立所述通信网络仿真模型；进而，以卫星轨道周期作为仿真时长运行所述通信网络仿真模型以确定所述卫星通信网络拓扑连接关系。
[0080]
具体地，在本实例中使用卫星层数、星座类型、轨道高度、轨道数目、轨道卫星数目、相位因子、raan(right ascension of the ascending node，上升节点的赤经)及地面站坐标作为网络参数，建立网络仿真模型。仿真包含卫星节点与地面站节点两种网络节点，网络节点集合记为v＝{vs∪vx}，其中卫星节点集合记为vs，地面站集合记为vx；网络节点之间的连接为双向连接，网络中的链路集合记为e
jk
表示网络中实际存在的从vj节点至vk号节点的一条有向边；网络中的拓扑用图g＝(v,e)表示。以一个卫星周期t作为仿真时长，生成邻接矩阵序列a＝{a1,a2,
…
,a
t
}；其中邻接矩阵ai为：
[0081][0082]
其中，ai表示i时刻卫星网络中卫星与地面站的邻接矩阵，也即i时刻卫星网络中卫星与地面站的拓扑连接关系gi＝(vi,ei),i∈[1,t]，t表示仿真周期，e
jk
表示节点vj至节点vk的有向链路的物理距离，当网络存在由节点vj至节点vk的有向链路时，e
jk
不为0，当不存在由节点vj至节点vk的有向链路时e
jk
＝0。
[0083]
在一些实施例中，针对于步骤s204，可以以拓扑中馈电链路的增加或减少变化作为依据划分拓扑切片，即当卫星网络中有一条馈电链路建立或拆除便看作一个切片。遍历网络连接关系序列a，得到包含n张切片的拓扑切片序列s＝{s1,s2,
…
,sn}，其中：
[0084][0085]
其中，si表示第i个切片中的拓扑关系gi＝(vi,ei),i∈[1,n]，n为切片数目；每张网络切片中包含卫星星座、星间链路、星地馈电链路、地面站等元素，在每一个切片中卫星拓扑连接关系认为不发生变化。
[0086]
图3示出了卫星通信网络拓扑的结构示意图。
[0087]
参考图3，该基于拓扑抽象的卫星通信网络容量动态评估方法将在保证网络容量
评估合理性的条件下，解决基于离散事件系统仿真的网络容量评估方法中存在的仿真设置复杂的问题，并克服仿真设置依赖于业务模型导致工程指导性差的缺点。
[0088]
在一些实施例中，针对于步骤s206，可以根据所述邻接矩阵的序号从小到大的顺序依次遍历分析所述邻接矩阵序列；确定当前邻接矩阵对应的第一拓扑切片；确定后一个邻接矩阵的馈电链路是否发生通断变化；响应于后一个邻接矩阵的馈电链路发生通断变化，则将所述后一个邻接矩阵的拓扑切片确定为第二拓扑切片；其中，所述第一拓扑切片与所述第二拓扑切片不同；根据全部邻接矩阵对应的拓扑切片确定所述拓扑切片序列。
[0089]
图4示出了卫星通信网络的抽象拓扑的结构示意图。
[0090]
参考图4，一种卫星通信网络的抽象拓扑，它由多个终端、卫星和地面站组成，业务数据在终端处进入网络，通过接入链路、星间链路、馈电链路发送到地面站。
[0091]
在一些实施例中，针对于步骤s208，对于每个拓扑切片以及对应的邻接矩阵，可以向所述邻接矩阵添加虚拟输入节点和虚拟输出节点，并根据网络节点的属性，将所述虚拟输入节点与所述接入卫星节点连接，将所述虚拟输出节点与所述信关站节点连接，以确定抽象拓扑邻接矩阵；根据所述邻接矩阵序列和所述拓扑切片序列确定多个抽象拓扑邻接矩阵，并根据多个抽象拓扑邻接矩阵确定多个抽象拓扑切片；根据所述多个抽象拓扑切片确定所述抽象拓扑切片序列。
[0092]
在本实例中，业务模型指定了网络中的接入卫星与馈电卫星及链路带宽等参数。依据业务模型，将卫星集合vs分别映射到接入卫星集合va、馈电卫星集合vf及传送卫星集合vn中，将卫星网络的所有终端抽象为一个虚拟输入节点s，虚拟输入节点与业务模型中预设接入卫星集合va中的所有元素相连，依据预设接入带宽集合设置链路带宽；保留拓扑中的所有星间连接关系与星间链路带宽；将地面站集合vx中的所有元素与同一虚拟输出节点t相连，链路带宽设置为无限；以集合v`＝{va∪vn∪vf∪vx∪vs∪vt}表示抽象后的网络节点集合，以集合e`表示抽象后的网络链路集合，抽象所得的拓扑用图g`＝(v`,e`)表示。遍历拓扑切片序列s，抽象所得拓扑生成抽象拓扑切片序列s`＝{s`1,s`2,
…
,s`n}，其中：
[0093][0094]
其中，s`i表示第i个切片的抽象拓扑g`i＝(v`i,e`i),i∈[1,n]，n为抽象拓扑切片的数目，m为网络集合v中的节点数目；当网络存在由节点v`j至节点v`k的有向链路时b
jk
表示该链路的带宽，带宽值由业务模型指定；当不存在由节点v`j至节点v`k的有向链路时b
jk
＝0。
[0095]
在一些实施例中，对序列s`中的第i个抽象拓扑切片s`i,(i∈[1,n])，使用boykov-kolmogorov算法计算切片中由虚拟输入节点vs至虚拟输出节点vt的最大流ci；遍历序列s`得出序列s`对应的容量序列c＝{c1,c2,
…
,cn}，本实例中，业务模型使用确定公式
计算该网络的网络容量c
network
。
[0096]cnetwork
＝min(c)。
[0097]
图5示出了卫星通信网络-空间段架构的结构示意图。
[0098]
参考图5，在一个具体的实施例中，对于卫星通信网络-空间段的网络容量评估，可以通过将卫星通信网络以图5中的架构进行表征。
[0099]
本实施例中，首先基于此卫星通信网络架构建立网络仿真模型。仿真包含卫星节点与地面站节点两种网络节点，网络节点集合记为v＝{vs∪vx}，其中卫星节点集合记为vs＝{v1,v2,
…
,v9}(集合包含如卫星v1、卫星v2等的所有卫星节点)，地面站集合记为vx＝{v
10
,v
11
,v
12
}(集合包含如地面站v10、地面站11等的所有地面站节点)；网络节点之间的连接为双向连接，网络中的链路集合(星间链路及馈电链路)记为e
jk
表示网络中实际存在的从vj节点至vk号节点的一条有向边；以卫星轨道周期t作为仿真总时长，以1秒作为仿真步长，进行卫星网络运行仿真，得到仿真周期中每个仿真步长对应的网络节点邻接关系，本实施例采用邻接矩阵的方式描述网络节点的邻接关系，通过网络运行仿真得到设置仿真周期与仿真步长，得到网络运行情况的邻接矩阵序列a＝{a1,a2,
…
,a
t
}，其中邻接矩阵ai为：
[0100][0101]ai
表示i时刻卫星网络中卫星与地面站的拓扑连接关系gi＝(vi,ei),i∈[1,t]，t为仿真周期，网络集合v中的总节点数目为12；当网络存在由节点vj至节点vk的有向链路时e
jk
的值等于该链路的物理距离；当不存在由节点vj至节点vk的有向链路时e
jk
＝0。
[0102]
进一步地，依据邻接矩阵ai的序号i从小到大的顺序遍历分析邻接矩阵序列a＝{a1,a2,
…
,a
t
}，将矩阵a1作为第一张切片s1＝a1；在遍历过程中，假设当前序列ai对应的切片为sq，当后一个序列a
i+1
中馈电链路未发生通断变化，则序列a
i+1
对应的切片仍为sq；若后一个序列中的馈电链路发生链路拆除(e
jk
≠0
→ejk
＝0)或链路建立(e
jk
＝0
→ejk
≠0)，则将后一个序列a
i+1
作为一张新的切片s
q+1
；切片划分过程将网络连接关系序列a整合为包含n张切片的拓扑切片序列s＝{s1,s2,
…
,sn}，其中：
[0103][0104]
其中，si表示第i个切片中的拓扑关系gi＝(vi,ei),i∈[1,n]，n为切片数目；每张网络切片中包含卫星星座、星间链路、星地馈电链路、地面站等元素，在每一个切片中卫星拓扑连接关系认为不发生变化。
[0105]
图6示出了一种拓扑切片对应的抽象拓扑示意图。
[0106]
再进一步地，参考图6，依据抽象规则与业务模型对切片进行拓扑抽象。在本实施例中，对拓扑切片序列s＝{s1,s2,
…
,sn}中各个切片邻接矩阵，添加虚拟输入节点与虚拟输
出节点，并依据网络节点的属性，将虚拟输入节点与接入卫星节点相连接，将虚拟输出节点与信关站相连接，得到抽象拓扑邻接矩阵集合。以拓扑切片sq为例，业务模型指定卫星1-1及卫星1-2为接入卫星，卫星3-1及卫星3-2为馈电卫星，卫星集合vs被划分为接入卫星集合va＝{v1,v2}、馈电卫星集合vf＝{v7,v8}及传送卫星集合vn＝vs-(va∪vf)；将卫星网络的所有终端抽象为一个虚拟输入节点s，节点s与集合va中的所有元素相连，依据预设接入带宽集合设置链路带宽；保留拓扑中的所有星间连接关系与星间链路带宽；将集合vx中的所有元素与虚拟输出节点t相连，链路带宽设置为无限；以集合e`表示抽象后的网络链路集合，抽象所得的拓扑用图g`＝(v`,e`)表示。遍历拓扑切片序列s，抽象所得拓扑生成抽象拓扑切片序列s`＝{s`1,s`2,
…
,s`n}，其中：
[0107][0108]
其中，s`i表示第i个切片的抽象拓扑g`i＝(v`i,e`i),i∈[1,n]，n为抽象拓扑切片的数目；当网络存在由节点v`j至节点v`k的有向链路时b
jk
表示该链路的带宽；当不存在由节点v`j至节点v`k的有向链路时b
jk
＝0。
[0109]
再进一步地，遍历抽象拓扑切片序列过程s`＝{s`1,s`2,
…
,s`n}；在本实例中，对序列s`中的第i个抽象拓扑切片s`i,(i∈[1,n])，使用boykov-kolmogorov算法计算抽象拓扑切片中由虚拟输入节点s至虚拟输出节点t的最大流ci及最大流路径gfi；遍历序列s`得出序列s`对应的容量序列c＝{c1,c2,
…
,cn}及最大流路径序列cf＝{gf1,gf2,
…
,gfn}，本实例中，业务模型使用公式计算该网络的网络容量c
network
。
[0110]cnetwork
＝min(c)。
[0111]
图7示出了地面信关站网络架构示意图。
[0112]
在另一个具体的实施例中，参考图7，基于拓扑抽象的卫星通信网络容量动态评估方法同样适用于卫星网络系统中“地面站连接核心网”的场景中。图7示出了一个典型的地面信关站网络架构，拓扑中有20个网络节点，其中包含5个业务接入节点(即信关站节点)、3个二级光交节点、2个一级光交节点和1个业务汇聚节点；业务流量从业务接入点进入网络，经过一级光交、二级光交，最终在业务汇聚点被发送至上级网络。
[0113]
在本实施例中，首先基于此地面业务接入网络架构建立网络仿真模型。仿真包含5个业务接入节点、3个二级光交节点、2个一级光交节点和1个业务汇聚节点，网络节点集合记为v，其中接入节点集合记为v1＝{v1,v2,
…
,v5}，二级光交节点集合记为v2＝{v6,v7,v8}；一级光交节点集合记为v3＝{v9,v
10
}，业务汇聚节点集合记为v4＝{v
11
}，且网络节点之间的连接为双向连接，网络中的链路集合记为e
jk
表示网络中实际存在的从vj节点至vk号节点的一条有向边；本实施例采用邻接矩阵的方式描述网络节点的邻接关系，网络运行仿真所得邻接矩阵a为：
[0114][0115]
其中，a表示地面业务接入网络中节点间的拓扑连接关系g＝(v,e)；当网络存在由节点vj至节点vk的有向链路时e
jk
的值等于该链路的物理距离；当不存在由节点vj至节点vk的有向链路时e
jk
＝0。
[0116]
进一步地，本过程将动态变化的网络拓扑转化为相对静态的拓扑序列，由于地面网络拓扑结构相对固定，经过本步骤邻接表不发生变化；拓扑切片序列s＝{a}中仅包含一张拓扑切片。
[0117]
图8示出了另一种拓扑切片对应的抽象拓扑示意图。
[0118]
参考图8，依据抽象规则与业务模型对切片进行拓扑抽象。在本实施例中，对拓扑切片序列s中的切片邻接矩阵，添加虚拟输入节点与虚拟输出节点，并依据网络节点的属性，将虚拟输入节点与接入卫星节点相连接，将虚拟输出节点与信关站相连接，得到抽象拓扑邻接矩阵集合。业务模型中业务接入节点v1为网络的输入，业务汇聚节点集合v4为网络的输出；将网络中的所有用户抽象为一个虚拟输入节点s，节点s与集合v1中的所有元素相连，依据预设接入带宽集合设置链路带宽为0.1gb；保留拓扑中的节点连接关系，业务接入节点至二级光交、二级光交至一级光交、一级光交及业务汇聚点之间的链路带宽分别为1gb、10gb、100gb；将集合v4中的所有元素与虚拟输出节点t相连，链路带宽设置为无限；以集合e`表示抽象后的网络链路集合，抽象所得的拓扑用图g`＝(v`,e`)表示。遍历拓扑切片序列s，抽象所得拓扑生成抽象拓扑切片序列s`＝{s`1}，则s`1为：
[0119][0120]
其中，s`1表示第1个切片的抽象拓扑g`1＝(v`1,e`1),i∈[1,n]，n为抽象拓扑切片的数目；当网络存在由节点v`j至节点v`k的有向链路时b
jk
表示该链路的带宽；当不存在由节点v`j至节点v`k的有向链路时b
jk
＝0。
[0121]
再进一步地，遍历抽象拓扑切片序列s`＝{s`1}；在本实例中，对序列s`中抽象拓扑切片s`1，使用boykov-kolmogorov算法计算抽象拓扑切片中由虚拟输入节点s至虚拟输出节点t的最大流c1及最大流路径gf1；遍历序列s`得出序列s`对应的容量序列c＝{c1}及最大流路径序列gf＝{gf1}，本实例中，业务模型使用公式计算该网络的网络容量c
network
。
[0122]cnetwork
＝min(c)＝0.5gb
[0123]
网络流量最大时，各链路的流量占用情况为gf1：
[0124][0125]
从上面所述可以看出，本技术提供的一种网络容量确定方法、装置、电子设备及存储介质，根据卫星通信网络架构建立通信网络仿真模型以确定卫星通信网络拓扑连接关系；其中，所述卫星通信网络拓扑连接关系，包括：邻接矩阵序列，所述邻接矩阵序列，包括：多个邻接矩阵；根据预设顺序遍历所述邻接矩阵序列，并将全部所述邻接矩阵切分以确定拓扑切片序列；根据抽象规则和业务模型遍历所述拓扑切片序列，并对所述拓扑切片序列进行抽象以确定抽象拓扑切片序列；根据所述抽象拓扑切片序列确定容量序列和最大流路径序列，并根据所述容量序列和所述最大流路径序列确定网络容量。利用切片划分的方法，将高动态的卫星网络运行过程划分为所需分析的“拓扑切片”；利用拓扑抽象技术，将多输入多输出的复杂卫星网络切片转化为“抽象切片”，使之成为为单输入单输出的简单抽象拓扑；利用网络流算法对“抽象切片”的网络容量进行计算与评估，解决现有网络容量仿真测试方法中仿真设置困难、仿真时间长、依赖于业务模型等问题。方法可以降低网络容量仿真复杂度、降低计算资源消耗，并提供对不同业务模型的灵活适配能力。
[0126]
需要说明的是，本技术实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本技术实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
[0127]
需要说明的是，所述对本技术的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于所述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0128]
图9示出了本技术实施例所提供的一种网络容量确定装置的示例性结构示意图。
[0129]
基于同一发明构思，与所述任意实施例方法相对应的，本技术还提供了一种网络容量确定装置。
[0130]
参考图9，所述网络容量确定装置，包括：第一确定模块、切分模块、抽象模块及第二确定模块；其中，
[0131]
第一确定模块，被配置为根据卫星通信网络架构建立通信网络仿真模型以确定卫星通信网络拓扑连接关系；其中，所述卫星通信网络拓扑连接关系，包括：邻接矩阵序列，所述邻接矩阵序列，包括：多个邻接矩阵；
[0132]
切分模块，被配置为根据预设顺序遍历所述邻接矩阵序列，并将全部所述邻接矩阵切分以确定拓扑切片序列；
[0133]
抽象模块，被配置为根据抽象规则和业务模型遍历所述拓扑切片序列，并对所述拓扑切片序列进行抽象以确定抽象拓扑切片序列；
[0134]
第二确定模块，被配置为根据所述抽象拓扑切片序列确定容量序列和最大流路径序列，并根据所述容量序列和所述最大流路径序列确定网络容量。
[0135]
在一种可能的实现方式中，所述第一确定模块进一步被配置为：
[0136]
根据所述卫星通信网络架构确定网络节点集合；其中，所述网络节点集合，包括：卫星节点集合和地面站节点集合；
[0137]
双向连接网络节点集合中的各个节点以确定链路集合；
[0138]
根据所述网络节点集合和所述链路集合建立所述通信网络仿真模型；
[0139]
以卫星轨道周期作为仿真时长运行所述通信网络仿真模型以确定所述卫星通信网络拓扑连接关系；其中所述卫星通信网络拓扑连接关系，包括：邻接矩阵序列；所述邻接矩阵序列，包括：多个邻接矩阵；
[0140]
其中，任意一个邻接矩阵表示为
[0141][0142]
其中，ai表示i时刻卫星网络中卫星与地面站的邻接矩阵，m为网络集合v中的节点数目，t表示仿真周期，e
jk
表示节点vj至节点vk的有向链路的物理距离。
[0143]
在一种可能的实现方式中，所述切分模块进一步被配置为：
[0144]
根据所述邻接矩阵的序号从小到大的顺序依次遍历分析所述邻接矩阵序列；
[0145]
确定当前邻接矩阵对应的第一拓扑切片；
[0146]
确定后一个邻接矩阵的馈电链路是否发生通断变化；
[0147]
响应于后一个邻接矩阵的馈电链路发生通断变化，则将所述后一个邻接矩阵的拓扑切片确定为第二拓扑切片；其中，所述第一拓扑切片与所述第二拓扑切片不同；
[0148]
根据全部邻接矩阵对应的拓扑切片确定所述拓扑切片序列。
[0149]
在一种可能的实现方式中，所述拓扑切片序列，包括：多个拓扑切片；所述邻接矩阵，包括：接入卫星节点和信关站节点；
[0150]
所述抽象模块进一步被配置为：
[0151]
对每个拓扑切片以及对应的邻接矩阵，
[0152]
向所述邻接矩阵添加虚拟输入节点和虚拟输出节点，并根据网络节点的属性，将所述虚拟输入节点与所述接入卫星节点连接，将所述虚拟输出节点与所述信关站节点连接，以确定抽象拓扑邻接矩阵；
[0153]
根据所述邻接矩阵序列和所述拓扑切片序列确定多个抽象拓扑邻接矩阵，并根据
多个抽象拓扑邻接矩阵确定多个抽象拓扑切片；
[0154]
根据所述多个抽象拓扑切片确定所述抽象拓扑切片序列。
[0155]
在一种可能的实现方式中，所述第二确定模块进一步被配置为：
[0156]
利用boykov-kolmogorov算法确定每个抽象拓扑切片中由所述虚拟输入节点至所述虚拟输出节点之间的最大流和最大流路径，并根据每个抽象拓扑切片的最大流确定所述容量序列c，根据每个抽象拓扑切片的最大流路径确定所述最大流路径序列gf；
[0157]
根据确定公式确定所述网络容量；其中，所述确定公式表示为
[0158]cnetwork
＝min(c)
[0159]
其中，c
network
表示网络容量。
[0160]
在一种可能的实现方式中，所述装置，还包括：应用模块；
[0161]
所述应用模块被配置为：
[0162]
根据所述网络容量配置节点路由表项，并以所述网络容量指导网络流量的转发路径，以使所述卫星通信网络的实际流量达到所述网络容量。
[0163]
在一种可能的实现方式中，第一确定模块，可以包括：网络参数设置单元、软件仿真单元和连接序列生成单元；
[0164]
其中，网络参数设置单元，用于确定仿真时长内待评估的卫星通信网络中节点设置及各个节点之间的连接关系；
[0165]
软件仿真单元，用于基于物理计算机硬件，通过软件应用的方式，计算仿真时长中待评估的卫星通信网络的拓扑变化情况；
[0166]
连接序列生成单元，用于依据规范化的格式，将软件仿真单元的仿真结果输出为一系列的网络连接关系序列。
[0167]
在一种可能的实现方式中，切片模块，可以包括：序列解析单元和切片序列生成单元；
[0168]
其中，序列解析单元，用于依据切片触发规则，将网络连接关系序列进行划分；
[0169]
切片序列生成单元，用于依据规范化的格式，将序列解析单元的结果输出为一系列的网络切片序列。
[0170]
在一种可能的实现方式中，抽象模块，可以包括：虚拟化单元和抽象拓扑序列生成单元；
[0171]
其中，虚拟化单元，用于设置虚拟输入节点及输入链路、设置虚拟输出节点及输出链路，并对抽象拓扑进行构建；
[0172]
抽象拓扑序列生成单元，用于依据规范化的格式，将虚拟化单元的结果输出为一系列的抽象拓扑序列。
[0173]
在一种可能的实现方式中，第二确定模块，可以包括：容量计算单元和容量统计单元；
[0174]
其中，容量计算单元，用于按照所需容量计算方式，对抽象拓扑序列中的网络容量进行计算，并记录序列中各元素的容量值及流量矩阵；
[0175]
容量统计单元，用于依据所需容量统计方式，对抽象拓扑序列对应的容量值进行统计，并将其确定为网络容量。
[0176]
在一种可能的实现方式中，容量计算方式包含以下任一种：基于push-relabel的
最大流算法，ford-fulkerson算法，boykov-kolmogorov算法。
[0177]
在一种可能的实现方式中，可选的，容量统计方式包含以下任一种：最大值、最小值、中位数、平均值，方差。
[0178]
在一种可能的实现方式中，应用模块，可以包括：通信单元、存储单元、定时单元以及缓存单元；
[0179]
其中，通信单元，用于控制中心与网络节点之间的通信，将网络容量的评估结果转化为网络节点所需要的路由表项，并由控制中心发送给各个网络节点，完成节点路由表项的配置；
[0180]
存储单元，用于网络节点中路由表项的本地存储，当卫星节点通过通信单元接收到控制中心发送的路由表项时，将使用存储单元完成对表项的存储；
[0181]
定时单元，用于在指定时刻调用存储单元中的路由表项，节点将使用存储单元中对应的路由表对数据流进行查表转发；
[0182]
缓存单元，用于在路由表切换过程中对数据的缓存。在路由表切换过程，各节点接收到的数据包将进入节点缓存，待路由表切换完成后，沿着新路由表发送至下一跳节点。
[0183]
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本技术时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
[0184]
所述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的网络容量确定方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0185]
图10示出了本技术实施例所提供的一种电子设备的示例性结构示意图。
[0186]
基于同一发明构思，与所述任意实施例方法相对应的，本技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的网络容量确定方法。图10示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
[0187]
处理器1010可以采用通用的cpu(central processing unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
[0188]
存储器1020可以采用rom(read only memory，只读存储器)、ram(random access memory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
[0189]
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入/输出模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
[0190]
通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如usb、网线等)实现通信，也可以通过无线方式
(例如移动网络、wifi、蓝牙等)实现通信。
[0191]
总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
[0192]
需要说明的是，尽管所述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，所述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
[0193]
所述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的网络容量确定方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0194]
基于同一发明构思，与所述任意实施例方法相对应的，本技术还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的网络容量确定方法。
[0195]
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
[0196]
所述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的网络容量确定方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0197]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本技术的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0198]
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本技术实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本技术实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本技术实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本技术的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本技术实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
[0199]
尽管已经结合了本技术的具体实施例对本技术进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。
[0200]
本技术实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。