面向任务的临近空间平台的组网与路由方法、电子设备以及存储介质

本发明涉及通信，特别涉及一种面向任务的临近空间平台的组网与路由方法、电子设备以及存储介质。

背景技术：

1、临近空间(near space)通常是指距离地面20km～100km，传统航空器的静升限和在轨航天器的最低运行高度之间的空域，属于空天间的过渡区。它大致包括：大部分的大气平流层、全部中间层和部分热层区域。临近空间飞行器(near-space vehicle)特指在临近空间作持续飞行或驻留并完成特定任务的飞行器，因此不包括只是穿越该空域飞行的飞行器。按飞行速度划分，临近空间飞行器一般分为两类：低动态(马赫数0～1.0的速度区间，如低速、亚声速等)临近空间飞行器和高动态(马赫数＞1.0的速度区间，如超声速、高超声速等)临近空间飞行器。当强调其携带的载荷的信息支援能力时，低动态临近空间飞行器也称为临近空间平台(near-space platform)。

2、从应用需求的角度看，临近空间平台也有着不可替代的优势，可以构成对飞机和卫星系统的有效延伸和补充，有着重要和广泛的应用价值。在可预见的将来，临近空间平台会显著地改变现有的航空航天格局，通过与卫星、飞机等系统高低搭配、优势互补，形成层次更加合理、功能更加完善、应用更加广泛的立体空间信息网络。

3、临近空间平台与传统飞机相比具有持续工作时间长、覆盖面积大、任务载荷的工作环境好等优点；相比较于卫星具有运行高度低、定点工作能力持久性好、能够灵活机动和快速反应、综合费效比高等优点。另外临近空间平台还具有结构简单可靠、经济性好以及通信信号良好等优点。

4、然而，单个临近空间平台在临近空间的定点悬停存在保持浮空高度困难、定点悬停抗风能力差等缺点。此外，大多数现有的用于临近空间平台的网络都是专用定制的，以便保证实现特定的任务，这就导致用于临近空间平台的网络软硬件更新不灵活、资源利用率低和可扩展性较差。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种面向任务的临近空间平台的组网与路由方法、电子设备以及存储介质，以期至少能够解决上述问题之一。

2、根据本发明的第一个方面，提供了一种面向任务的临近空间平台的组网与路由方法，包括：

3、基于网络功能虚拟化技术将临近空间平台的网络功能与专用物理设备进行解耦，并基于软件定义网络技术将临近空间平台的数据平面和控制平面进行解耦，得到解耦后的临近空间平台；

4、对解耦后的临近空间平台与地面设备之间的通信链路进行建模，得到第一信道模型，并对解耦后的临近空间平台之间的通信链路进行建模，得到第二信道模型；

5、基于第一信道模型和第二信道模型中节点在预定时间范围内的容量时间序列、双向存储传输序列和数据缓存量构建时空聚合图，其中，时空聚合图用于表征在组网和路由过程中可预测的时变特征；

6、基于预定时隙和预定时隙内的请求任务集合，通过引入虚拟源节点、虚拟目的节点和虚拟流并利用所述时空聚合图确定所述解耦后的临近空间平台在组网与路由过程所遵循的约束条件，其中，预定时隙在预定时间范围内；

7、基于指定的服务功能链，将时空聚合图进行复制得到满足约束条件的时空聚合图层，并利用基于时空聚合图层的最大流算法得到解耦后的临近空间平台的组网和路由方案。

8、根据本发明的实施例，上述对解耦后的临近空间平台与地面设备之间的通信链路进行建模，得到第一信道模型包括：

9、基于用于传输数据的源节点的空间坐标信息和用于接收数据的目标节点的空间坐标信息，计算源节点和目标节点之间的空间距离，其中，源节点包括解耦后的临近空间平台和地面设备，目标节点包括解耦后的临近空间平台和地面设备；

10、基于解耦后的临近空间平台所在的平流层高度信息、雨衰减变量、云衰减变量、特定频率电磁波的自由空间路径损耗变量、空间距离以及源节点在传输数据时的功率信息，得到目标节点在接收数据时的信号强度子模型；

11、基于目标节点在接收数据时的信号强度模型以及解耦后的临近空间平台与地面设备之间的通信链路的可用带宽，得到解耦后的临近空间平台与地面设备之间的容量子模型。

12、根据本发明的实施例，上述解耦后的临近空间平台之间的通信链路进行建模，得到第二信道模型包括：

13、基于解耦后的临近空间平台高度信息、地球曲率信息、通信节点的最大发射功率和自由空间信号传播，确定解耦后的临近空间平台之间无干扰的通信距离；

14、计算解耦后的临近空间平台之间的空间距离，在解耦后的临近空间平台之间的空间距离小于无干扰的通信距离的情况下，基于解耦后的临近空间平台之间的空间距离、源临近空间平台的发射功率以及特定频率电磁波的自由空间路径损耗系数，确定目标临近空间平台接收数据时的信噪比子模型；

15、基于目标临近空间平台接收数据时的信噪比子模型以及解耦后的临近空间平台之间的通信链路的可用带宽，得到解耦后的临近空间平台之间的容量子模型。

16、根据本发明的实施例，上述基于第一信道模型和第二信道模型中节点在预定时间范围内的容量时间序列、双向存储传输序列和数据缓存量构建时空聚合图包括：

17、由解耦后的临近空间平台和地面设备构成时空聚合图的节点以及节点的数据缓存量；

18、利用第一信道模型和第二信道模型得到时空聚合图的通信链路集合；

19、在预定时间范围内，利用第一信道模型和第二信道模型得到时空聚合图的容量时间序列；

20、在预定时间范围内，利用第一信道模型和第二信道模型得到时空聚合图的双向存储传输序列。

21、根据本发明的实施例，上述基于预定时隙和预定时隙内的请求任务集合，通过引入虚拟源节点、虚拟目的节点和虚拟流并利用时空聚合图确定所述解耦后的临近空间平台在组网与路由过程所遵循的约束条件包括：

22、针对预定时隙内的特定请求任务，得到所述虚拟源节点和所述虚拟目标节点之间虚拟流的数据传输总量；

23、基于虚拟流的数据传输总量和所述通信链路的容量信息确定通信容量约束条件；

24、基于时空聚合图中每个节点的数据存储量和数据缓存量确定节点缓存约束条件；

25、基于时空聚合图中每个节点的数据流入总量和数据流出总量确定流量守恒及服务功能链约束条件；

26、基于从虚拟源节点流出的流量等于从所述虚拟目的节点流入的流量确定任务流平衡约束条件。

27、根据本发明的实施例，上述基于时空聚合图中每个节点的数据流入总量和数据流出总量确定流量守恒及服务功能链约束条件包括：

28、在时空聚合图中的节点是提供服务功能的情况下，进入节点的虚拟流的数据总量等于从节点出来的虚拟流的数据总量；

29、在时空聚合图中的节点是中继节点的情况下，进入节点的虚拟流的数据总量等于从节点出来的虚拟流的数据总量；

30、在时空聚合图中的节点不提供服务功能的情况下，流入节点的数据流的流量等于流出节点的数据量的流量。

31、根据本发明的实施例，上述利用基于时空聚合图层的最大流算法得到解耦后的临近空间平台的组网和路由方案包括：

32、初始化时空聚合图层中活跃节点列表，并初始化时空聚合图层中节点的高度和溢出容量以及节点之间边的容量，其中，节点包括解耦后的临近空间平台和地面设备；

33、将提供服务功能链的源节点加入到活跃列表中，在活跃节点存在的情况下，利用基于时空聚合图层的最大流算法调用预定义的求解方法得到解耦后的临近空间平台的组网和路由方案。

34、根据本发明的实施例，上述预定义的求解方法包括推流方法和重标记方法。

35、根据本发明的第二个方面，提供了一种电子设备，包括：

36、一个或多个处理器；

37、存储装置，用于存储一个或多个程序，

38、其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行面向任务的临近空间平台的组网与路由方法。

39、根据本发明的第三个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行面向任务的临近空间平台的组网与路由方法。

40、本发明提供了一种面向任务的临近空间平台的组网与路由方法，能够在确保被完整传输的任务数量的情况下，以较低的计算复杂度，在用于临近空间平台的网络中选择一条更高效的路由。同时，本发明提供的上述方法通过采用网络功能虚拟化和软件定义网络的技术来强化临近空间平台网络的性能，实现网络功能的灵活部署，减少部署新请求的服务的时间和成本，并提高资源利用率。此外，本发明提供的上述方法能够有效解决不同任务的业务需求，得到高效可靠的路由。