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大规模卫星集群网络自适应加权分簇算法

2021-12-09陈宇张勇陈实

北京理工大学学报 2021年11期

陈宇, 张勇,2, 陈实

(1. 中国科学院 国家空间科学中心,北京 100190; 2. 中国科学院大学 计算机科学与技术学院,北京 101408)

卫星通过模块间的无线链路实现复杂的信息交互进而完成相互间的协作,并最终构成分布式卫星集群系统,执行多样化的空间任务,已经成为未来卫星系统的重要发展趋势之一[1]. 随着卫星集群编队构型以及空间通信等技术的日渐成熟[2-3],未来卫星集群系统的规模将越来越大,传统的平面式管理结构存在管理时延大、负载不均衡、可靠性低的缺点. 相比之下,采用分簇算法将整个网络转化为层级化的网络结构具有非常多的优势:有效利用多信道技术提高网络容量,优化节点带宽的利用;通过选取适当的节点作为簇首,有效减少网络中路由控制信息的开销,优化网络管理;屏蔽局部拓扑结构变化的影响,提高整体网络结构的稳定性;可随新节点的加入和任务需要而不断自我调整,具有良好的可拓展性.

现有的分簇算法大多是基于地面无线自组网提出的,并取得了完善的发展. 在此基础上,研究人员对应用于卫星网络的分簇算法进行了许多研究[4-8],然而其大多是基于卫星星座提出的,网络拓扑相对固定. 在大规模卫星集群中,集群内卫星分布在相对距离几百米到几千米的范围内,网络结构比较灵活,且各卫星在一定范围内相互绕飞,网络拓扑不断发生改变[1]. 因此,本文提出了一种新型的自适应加权分簇算法,初始……

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