一种卫星网络拓扑的分布式计算方法、分布式计算平台

本发明涉及低轨卫星通信领域，具体来说，涉及低轨卫星网络拓扑的仿真模拟领域，更具体来说，涉及一种卫星网络拓扑的分布式计算方法、分布式计算平台。

背景技术：

1、低轨卫星网络是当前研究的热点方向，目前已提出了诸如星链(starlink)、oneweb、电信星(telesat)等大型卫星互联网星座。网络拓扑分析可以评估低轨卫星网络的可靠性和鲁棒性，以确保网络在面对各种故障和攻击时能够保持稳定运行，同时能够确定网络中的瓶颈和热点，以便进行优化和升级。因此，卫星网络拓扑的分析方法在实际的卫星网络拓扑部署应用中起到了非常关键的作用。

2、低轨卫星网络相较于地面网络具有时空尺度大、动态性高、星间链路频繁切换等特性，导致面向固定节点组网场景的传统网络拓扑分析方法不能适用于低轨卫星网络。低轨卫星网络的大规模节点、链路快速时变的特点，也致使关于低轨卫星网络拓扑的分析存在计算复杂度高，推演时间慢等问题，无法支持巨型低轨星座的网络拓扑分析。

3、为此，相关领域的研究者已提出一些卫星网络拓扑分析方法。然而，经发明人对目前现有的卫星网络拓扑分析方法进行分析总结后，发现存在以下问题：

4、(1)考虑的星座规模小，目前大部分的卫星网络拓扑分析方法只支持对较小规模的星座(例如：由66颗低轨卫星组成的铱星通信系统)进行分析，难以支持未来由成千上万颗低轨卫星组成的巨型星座(如：starlink、kuiper)进行分析。

5、(2)不支持端到端的网络拓扑分析，目前现有网络拓扑分析方法由于用户链路变化快，分析运算量大，所以不包含终端模型(即只考虑到了对卫星之间的星间链路网络拓扑进行分析，而未对用户终端和卫星之间的用户链路网络拓扑进行分析)，因此不支持端到端的网络拓扑分析。

6、(3)推演时间慢，由于目前的网络拓扑分析方法大多为单机串行执行，即使用一台计算机对不同帧的卫星网络拓扑进行分析。然而，对大规模的卫星网络拓扑的推演分析过程中计算复杂度高，用于一台计算机可能无法满足大规模端到端不同帧的卫星网络拓扑分析要求。同时，这种方法受限于单个计算机的性能，导致对卫星网络拓扑的推演分析时间慢。

7、综上所述，现有的低轨卫星网络拓扑分析方法存在考虑的星座规模小、不支持端到端的网络拓扑分析以及推演时间慢等问题，导致在实际部署应用时难以设计出通信性能良好的卫星网络拓扑。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种卫星网络拓扑的分布式计算方法、分布式计算平台。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、根据本发明的第一方面，提供一种卫星网络拓扑的分布式计算方法，所述分布式计算平台包括分布式布置的多个计算节点，且所述方法包括如下步骤：

4、s1、获取待处理的多帧卫星网络拓扑信息；

5、s2、将每一帧卫星网络拓扑信息均划分为多个子任务，所述多个子任务包括：轨道计算子任务、终端业务计算子任务、拓扑连接计算子任务、网络拓扑计算子任务；

6、s3、将分布式计算平台的每个计算节点配置为执行一类或多类计算子任务；

7、s4将不同帧的同类子任务分配给一个对应的计算节点并使计算节点按时隙顺序依次执行以得到不同帧的卫星网络拓扑信息。

8、在本发明的一些实施例中，所述分布式计算平台包括三个计算节点，其中，在所述步骤s3中：

9、将一个计算节点配置为轨道计算节点以使其按时隙顺序依次执行不同帧的轨道计算子任务；

10、将一个计算节点配置为终端业务计算节点以使其按时隙顺序依次执行不同帧的终端业务计算子任务和拓扑连接计算子任务；

11、将一个计算节点配置为主计算节点以使其按时隙顺序依次执行不同帧的网络拓扑计算子任务。

12、在本发明的一些实施例中，在所述步骤s3中，

13、为所述轨道计算节点配置第一端口，并将所述第一端口设置为第一信息通信模式以用于实现轨道计算节点与终端业务计算节点、主计算节点的信息通信；

14、为所述终端从节点配置第二端口，并将所述第二端口设置为第二信息通信模式以用于实现终端业务计算节点与轨道计算节点、主计算节点的信息通信；

15、为所述主计算节点配置轨道计算参数、终端计算参数、业务计算参数以及控住端口，并将所述控制端口设置为第三信息通信模式以用于实现主计算节点与轨道计算节点、终端业务计算节点的信息通信。

16、在本发明的一些实施例中，所述步骤s4包括：

17、将不同帧的轨道计算子任务分配给轨道计算节点；

18、将不同帧的终端业务计算子任务和拓扑连接计算子任务分配给终端业务计算节点；

19、将不同帧的网络拓扑计算子任务分配给主计算节点。

20、根据本发明的第二方面，提供一种用于实现上述实施例中所述方法的分布式计算平台，用于基于多帧卫星网络拓扑信息进行分布式拓扑计算，其特征在于，所述平台包括：

21、轨道计算节点，用于按时隙顺序依次执行不同帧的轨道计算子任务；

22、终端业务计算节点，用于按时隙顺序依次执行不同帧的终端业务计算子任务和拓扑连接计算子任务；

23、主计算节点，用于按时隙顺序依次执行不同帧的网络拓扑计算子任务。

24、在本发明的一些实施例中，所述轨道计算节点被配置为按照如下方式执行不同帧的轨道计算子任务：

25、启动后监听主计算节点的控制端口；

26、向主计算节点的控制端口发送就绪信息和自身的地址信息；

27、基于来自于主计算节点的控制端口的轨道计算参数，按时隙顺序依次执行不同帧的轨道计算子任务以得到不同帧的卫星网络拓扑信息中的轨道信息；

28、以预设的第一信息通信模式依次将不同帧的卫星网络拓扑信息中的轨道信息发送给终端业务计算节点的第二端口和主计算节点的控制端口。

29、在本发明的一些实施例中，所述终端业务节点被配置为按照如下方式执行不同帧的终端业务计算子任务和拓扑连接计算子任务：

30、启动后监听轨道计算节点的第一端口和主计算节点的控制端口；

31、向主计算节点的控制端口发送就绪信息和自身的地址信息；

32、响应于轨道计算节点的第一端口发送的每一帧卫星网络拓扑信息中的轨道信息，并基于来自于主计算节点的控制端口的终端计算参数和业务计算参数，按时隙顺序依次执行不同帧的终端业务计算子任务以得到不同帧的卫星网络拓扑信息中对应的终端信息和业务信息；

33、基于来自于轨道计算节点的第一端口的不同帧的卫星网络拓扑信息中的轨道信息和终端信息，按时隙顺序依次执行不同帧的拓扑连接计算任务以得到不同帧的卫星网络拓扑信息中的链路信息；

34、以预设的第二信息通信模式依次将不同帧的卫星网络拓扑信息中的业务信息和链路信息发送给主计算节点的控制端口

35、在本发明的一些实施例中，所述主计算节点被配置为按照如下方式执行不同帧的网络拓扑计算子任务：

36、启动后监听轨道计算节点的第一端口和终端业务计算节点的第二端口；

37、响应于来自于轨道计算节点的第一端口以及终端业务计算节点的第二端口的就绪信息，分别记录轨道计算节点和终端业务计算节点的地址信息；

38、基于轨道计算节点和终端业务计算节点的地址信息，以预设的第三通信模式将轨道计算参数发送给轨道计算节点的第一端口，以及将终端计算参数和业务计算参数发送给终端业务计算节点的第二端口；

39、基于来自于轨道计算节点的不同帧的卫星网络拓扑信息中的轨道信息、终端业务计算节点的不同帧的卫星网络拓扑信息中的业务信息以及链路信息，按时隙顺序依次执行不同帧的网络拓扑计算子任务以得到不同帧的卫星网络拓扑信息。

40、根据本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现第一方面所述方法的步骤。

41、与现有技术相比，本发明的优点在于：

42、本发明上述实施例的卫星网络拓扑分布式计算方法、分布式计算平台可以有效提高卫星网络拓扑实时分析推演效率，同时实现了端到端的大规模低轨卫星网络拓扑分析(在设计卫星网络拓扑信息中增加了终端节点，从而产生了终端节点与卫星节点之间的用户链路)，有助于在实际应用中设计出性能良好的卫星网络拓扑。