一种通用化的卫星网络资源统一表征方法和系统

摘要

一种通用化的卫星网络资源统一表征方法和系统，首先，对需要表征的卫星网络资源进行标识，定义资源的身份标识、资源归属、空间坐标和相对移动速度；其次，对需要表征的卫星网络资源的本地/局部特性进行描述，对资源固有属性或属性能力进行分解；对分解出的各项属性的状态进行描述；通过对内部属性关联度参数的定义反映资源内部属性间的相互制约程度；最后，从同类资源属性联通能力、协同能力和并行可用时段三方面对需要表征的卫星网络资源与网络中其他同类资源间的关系进行描述。该方法解决了卫星网络多维度资源的统一表征问题，在资源固有属性描述方面更加准确、真实，在网络特性描述方面解决了分散、自治的同类网络资源协同描述问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通用化的卫星网络资源统一表征方法和系统，属于通信领域。

背景技术

在天基信息网络中存在着大量异构分立系统，这些系统中的网络资源建设周期长、成本高，每一份资源都显得弥足珍贵。但在实际应用中，不同系统的各类资源在空间分布方面分散在各处，在资源描述方面欠缺统一的描述机制，在资源管理层面各自为政、独立管理。上述几方面原因造成了天基信息网络资源的极大浪费，很难从系统层面对全网资源进行统一的管理和调度，从而实现对卫星网络资源的高效管理和充分利用。

卫星网络整体呈现出广域分布、形式多样、异构自治的特点，包括：天线、波束、频谱、功率、转发器、运算、存储等不同资源类型，涉及空域、频域、时域等多个维度。卫星网络资源建设周期长、难以快速大量扩展，而网络资源统一表征是实现卫星网络中不同分立异构系统资源集中高效管理与调配的基础，具有极高的研究价值。

目前地面网络中最具代表性的资源描述方法主要包括四种。基于RSL(ResourceSpecification Language，资源描述语言)的网络资源描述方法，主要偏重于对资源请求和计算资源的描述，不能描述其它资源，使用范围太小；基于RDF(Resource DescriptionFramework，资源描述架构)的网络资源描述方法，为描述某类对象具有何种性质提供了手段，但仅定义了一个资源描述框架，其本身并不提供专门的机制来描述资源和资源之间的性质；基于WSDL(Web Services Description Language，网络服务描述语言)的网络资源描述方法，不支持资源的语义描述，只适合描述粗粒度的动态系统的服务访问接口，不适用于描述网格资源。此外，WSDL既没有关注特定资源不同属性间的制约关系，也没有关注不同资源拥有者间的关联程度和影响关系；认知网络资源描述方法，仅考虑了一点或一个区域的局部资源描述，没有考虑局部资源与网络其他同类资源的关系，无法解决不同网络同类资源的统一描述问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通用化的卫星网络资源统一表征方法和系统，实现对卫星网络中多样化网络资源的统一描述。

本发明的技术方案是：一种通用化的卫星网络资源统一表征方法和系统，步骤如下：

(1)地面运行控制系统对需要表征的卫星网络资源进行标识；

(2)地面运行控制系统对需要表征的卫星网络资源的本地及局部特性进行描述；

(3)地面运行控制系统对需要表征的卫星网络资源的网络特性进行。

步骤1)中标识的具体过程为：

11)地面运行控制系统创建资源标识表，为需要表征的卫星网络资源分配身份标识号，定义资源归属信息；

12)地面运行控制系统从地面测控系统处获取并填写资源标识表中需表征卫星网络资源的空间坐标和相对移动速度信息。

所述步骤2)中描述的具体过程为：

21)地面运行控制系统创建资源本地特性描述表，针对不同卫星系统的接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源，从属性参数和状态参数两个方面对资源本地特性进行描述；

22)将接入资源属性参数分解为：波束数量、波束覆盖区、发射频率、发射功率范围、天线增益、馈电损失、EIRP、接收天线增益、接收馈线损耗、接收信号电平、接收热噪声、噪声系数、G/T、噪声功率谱密度、C/N0、信息速率、Eb/N0、编码增益、可用时段；将接入资源状态参数分解为：发射功率、接收功率、资源可用标识、已占用资源状态；

23)将频谱资源属性参数分解为：频率范围、频率最小颗粒度、覆盖区、功率范围、可用时段；将频谱资源状态参数分解为：工作频率、当前功率值、频谱质量分级指示、已占用频谱标识；

24)将链路资源属性参数分解为：链路总带宽、链路带宽最小颗粒度、可用时段；将链路资源状态参数分解为：当前链路通断标识、链路传输误码率、链路传输时延、链路租用费用、已占用链路带宽状态；

25)将处理转发资源划分为：透明转发资源、柔性转发资源和再生处理转发资源三类，通过填写处理转发资源类型来标识不同卫星系统处理资源所属的类型；

26)地面运行控制系统根据不同卫星系统载荷供应商提供的载荷使用说明手册，填写不同卫星系统接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源的属性参数值；

27)地面运行控制系统从地面测控系统处获取卫星网络接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源的实时状态信息，填写不同卫星系统接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源的状态参数值；

28)地面运行控制系统分别确定卫星系统接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源每类资源中属性参数间存在的关联关系，创建每类资源的内部属性关联度参数表，并将内部属性关联度参数表检索值填写到资源本地特性描述表中。

所述步骤25)中，将透明转发资源、柔性转发资源和再生处理转发资源再次进行分解，具体为：

透明转发资源属性参数分解为：转发器总数量、单路转发器工作频段、覆盖区、可用时段；状态参数分解为：可用状态指示、占用标识；

柔性转发资源属性参数分解为：工作频段、最小子带颗粒度、子带交换容量；状态参数分解为：子带交链关系指示、子带占用状态指示；

再生处理转发资源属性参数分解为：数据吞吐量、交换时延、交换时延抖动、丢包率；状态参数分解为：拥塞状态指示、带宽占用率、丢包率统计。

所述步骤28)中将内部属性关联度参数表检索值填写到资源本地特性描述表中的具体过程为：

281)在内部属性关联度参数表中为存在关联的每个属性参数对分配内部属性关联对标识；

282)确定关联类别属于加性、凹性和乘性中的哪一类，填写关联类别标识；

283)对于关联类别为加性或凹性的属性参数对，填写关联度数值为0；对于关联类别为乘性的属性参数对，由地面运行控制系统确定二者间的乘性系数，并将乘性系数值作为关联度数值；

其中加性、乘性、凹性的定义如下：

加性：即参数值等于各个内部属性参数之和；

乘性：即参数值等于其各个内部属性参数之积乘以特定的系数；

凹性：即参数值等于其各个内部属性参数的最小值。

步骤3)中描述的具体方法为：

31)地面运行控制系统创建资源网络特性描述表，对由其维护的不同卫星系统资源的本地特性描述信息进行分析，确定这些特定系统中的接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源在其他卫星系统中是否存在同类资源，若存在则填写资源网络特性描述表中的存在同类资源标识为TRUE并执行步骤32)，否则填写存在同类资源标识为FALSE并直接进入步骤38)；

32)创建同类资源联通能力参数表，填写同类资源联通能力参数表检索值到资源网络特性描述表中；通过检索值可检索到已创建的同类资源联通能力参数表；

33)为联通能力参数表中的同类资源对分配具体标识值；由地面测控系统获取相关资源对应系统间的可用传输带宽、传输时延和丢包率统计数据，并填写联通能力参数表中的对应可用带宽、传输时延和丢包率信息；

34)创建同类资源协同能力参数表，填写同类资源协同能力参数表检索值到资源网络特性描述表中；通过检索值检索到已创建的同类资源协同能力参数表；

35)为协同能力参数表中的同类资源对分配具体标识值；确定同类资源对间的协同关系，填写协同能力关联类别标识；

36)创建同类资源并行可用时段参数表，填写同类资源并行可用时段参数表检索值到资源网络特性描述表中；通过检索值可检索到已创建的同类资源并行可用时段参数表；

37)为并行可用时段参数表中的同类资源对分配具体标识值；根据，填写协同能力关联类别标识；根据分属不同卫星系统的同类资源的具体可用时段确定二者间的可用时段交集，填写并行可用时段参数的具体数值；

38)重复步骤31)到步骤37)，直至完成特定卫星系统接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源的网络特性描述过程。

所述步骤35)中填写协同能力关联类别标识的具体过程为：

对于协同能力关联类别为加性或凹性的，填写关联度数值为0；

对于协同能力关联类别为乘性，由地面运行控制系统确定二者间的乘性系数，并将乘性系数值作为到关联度数值。

一种通用化的卫星网络资源统一表征系统，包括卫星系统属性信息注入模块、地面测控系统通信模块、卫星网络资源描述模块、卫星网络资源匹配模块、卫星网络资源数据库维护模块和卫星网络资源数据库分类检索模块；

卫星系统属性系统注入模块为地面运行控制系统提供不同卫星系统属性信息的录入界面；地面运行控制系统根据不同卫星系统载荷供应商提供的载荷使用说明手册，在录入界面中填写不同卫星系统接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源的属性参数值；

地面测控系统通信模块实现与地面测控系统间的数据通信功能；卫星网络资源描述模块可通过地面测控系统通信模块由地面测控系统处获取不同卫星系统接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源的状态参数值；

卫星网络资源描述模块实现卫星网络资源标识、资源本地特征描述和网络特征描述功能；

卫星网络资源匹配模块实现卫星网络资源描述模块下发的资源本地特性匹配指令和资源网络特性匹配指令的处理；

卫星网络资源数据库维护模块实现卫星网络资源数据库各类表格的创建、撤销、修改和关联功能。

卫星网络资源数据库分类检索模块实现对卫星网络资源数据库各类表格的快速查找检索功能。

所述卫星网络资源描述模块实现卫星网络资源标识、资源本地特征描述和网络特征描述的具体过程如下：

1)根据卫星系统属性系统注入模块获取的资源属性信息和通过地面测控系统通信模块获取的资源状态信息，对归属不同卫星系统的各类资源进行标识，调用卫星网络资源数据库维护模块生成资源标识表；

2)根据卫星系统属性信息注入模块获取的资源属性信息和通过地面测控系统通信模块获取的资源状态信息，调用卫星网络资源数据库维护模块创建资源本地特性描述表；

3)卫星网络资源描述模块调用卫星网络资源匹配模块，下发资源本地特性匹配指令，由卫星网络资源匹配模块确定资源内部属性间的关联类别，计算内部属性的关联参数值；

4)卫星网络资源匹配模块调用卫星网络资源描述数据库维护模块，创建内部属性关联度参数表，并将内部属性关联度参数表检索值填写到资源本地特性描述表，从而完成资源本地特征的描述过程；

5)完成资源本地特征描述后，卫星网络资源描述模块调用卫星网络资源匹配模块，下发资源网络特性匹配指令；

6)卫星网络资源匹配模块调用卫星网络资源描述数据库维护模块，创建资源网络特性描述表；

7)卫星网络资源匹配模块调用卫星网络资源分类检索模块，在卫星网络资源描述数据库中查找在其他卫星系统中是否存在同类资源；

8)若不存在同类资源，填写资源网络特性描述表中的存在同类资源标识为FALSE，填写同类资源联通能力参数表检索值、同类资源协同能力参数表检索值、同类资源并行可用时段参数表检索值为NULL；

9)若存在同类资源，填写资源网络特性描述表中的存在同类资源标识为TRUE，确定资源间的关联类别，计算资源间的具体关联参数值，通过调用卫星网络资源数据库维护模块分别生成同类资源联通能力参数表、同类资源协同能力参数表和同类资源并行可用时段参数表；并将同类资源联通能力参数表检索值、同类资源协同能力参数表检索值、同类资源并行可用时段参数表检索值填写到资源网络特性描述表中，从而完成资源网络特性的描述过程。

所述资源本地特性匹配指令处理的具体过程如下：

1)接收到卫星网络资源描述模块下发的资源本地特性匹配指令后，调用卫星网络资源数据库分类检索模块获取资源本地特性描述表信息，确定资源内部属性间的关联类别，计算内部属性的关联参数值；

2)卫星网络资源匹配模块调用卫星网络资源描述数据库维护模块，创建内部属性关联度参数表，并将内部属性关联度参数表检索值填写到资源本地特性描述表，从而完成资源本地特征的描述过程；

3)完成上述处理后，将处理结果提交卫星网络资源描述模块。

所述资源网络特性匹配指令处理的具体过程如下：

1)接收到卫星网络资源描述模块下发的资源网络特性匹配指令后，调用卫星网络资源描述数据库维护模块，创建资源网络特性描述表；

2)卫星网络资源匹配模块调用卫星网络资源分类检索模块，在卫星网络资源描述数据库中查找在其他卫星系统中是否存在同类资源；

3)若不存在同类资源，填写资源网络特性描述表中的存在同类资源标识为FALSE，填写同类资源联通能力参数表检索值、同类资源协同能力参数表检索值、同类资源并行可用时段参数表检索值为NULL；

4)若存在同类资源，填写资源网络特性描述表中的存在同类资源标识为TRUE，确定资源间的关联类别，计算资源间的具体关联参数值，通过调用卫星网络资源数据库维护模块分别生成同类资源联通能力参数表、同类资源协同能力参数表和同类资源并行可用时段参数表；并将同类资源联通能力参数表检索值、同类资源协同能力参数表检索值、同类资源并行可用时段参数表检索值填写到资源网络特性描述表中，从而完成资源网络特性的描述过程。

5)完成上述处理后，将处理结果提交卫星网络资源描述模块。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出了一种通用化的卫星网络资源统一表征方法，可实现对卫星网络中节点、链路等各类资源在空域、频域、时域等多个维度的统一描述。

(2)本发明中设计了特定资源内部属性关联度参数，以反映资源内部属性间的相互制约关系，使得在描述网络资源能力时更加准确、真实；

(3)本发明设计了特定资源与网络中其他同类资源的联通能力参数、协同能力参数和并行可用时段参数，解决了不同自治系统同类资源的统一描述问题。

附图说明

图1为本发明的卫星网络资源类别及其分布示意图；

图2为本发明的卫星网络资源描述功能实体及其分布示意图；

图3为本发明的卫星网络资源统一表征方法示意图；

图4为本发明的卫星网络接入资源属性参数与状态参数分解示意图；

图5为本发明的卫星网络频谱资源属性参数与状态参数分解示意图；

图6为本发明的卫星网络链路资源属性参数与状态参数分解示意图；

图7为本发明的卫星网络处理转发资源属性参数与状态参数分解示意图；

图8为本发明的卫星网络资源统一表征系统示意图。

具体实施方式

本发明的原理涉及四方面的问题：(1)需要描述的卫星网络资源类型及其分布；(2)如何对卫星网络中多样化的网络资源进行统一描述；(3)如何反映资源内部属性间的相互制约关系；(4)如何反映本地局部资源与网络其他同类资源的关系。

参照图1，图1为本发明需要描述的卫星网络资源类型及其在卫星网络中的分布示意图。

参照图2，负责实现卫星网络资源统一描述的功能实体主要为卫星网络地面运行控制系统，地面运行控制系统在进行网络资源描述时需要从卫星网络地面测控系统获取必要的数据支撑。图2为卫星网络资源描述功能实体及其分布示意图。

参照图3，卫星网络资源统一描述处理流程如下：

阶段①：完成资源标识

(1)地面运行控制系统对需要表征的卫星网络资源进行标识。地面运行控制系统为需要表征的卫星网络资源分配身份标识号、定义资源归属信息；地面运行控制系统由地面测控系统处获取并更新需表征卫星网络资源的空间坐标和相对移动速度信息；

阶段②：完成资源本地特性描述

(2)地面运行控制系统对需要表征的卫星网络资源的本地/局部特性进行描述，步骤如下：

1)地面运行控制系统根据资源类型及其固有属性特点，对需表征的卫星网络资源固有属性/属性能力进行分解；

2)地面运行控制系统对分解出的每一项资源属性参数，为其命名、定义属性参数采用的量纲；地面运行控制系统由地面测控系统处获取并更新属性参数的具体数值，同时标明属性参数状态(可用、不可用、使用开销)，定义资源属性参数的可用时段；

3)地面运行控制系统分析资源属性参数间的相互关联关系属于加性、乘性或凹性中的哪一类，计算确定内部属性关联度参数的具体数值，内部属性关联度参数采用如下方式表述：

内部属性关联对标识关联类别标识关联度数值R(i,j)F1：加性I0R(i,k)F2：乘性P(i,k)R(i,l)F3：凹性0………

说明：

P(i,k)：表示属性i和属性k间的乘性系数；

对于加性、乘性、凹性的定义如下：

●加性：即参数值等于各个内部属性参数之和。

●乘性：即参数值等于其各个内部属性参数之积乘以特定的系数。

●凹性：即参数值等于其各个内部属性参数的最小值

阶段③：完成资源网络特性描述

(3)地面运行控制系统对需要表征的卫星网络资源的网络特性进行描述，步骤如下：

1)地面运行控制系统针对需表征卫星网络资源的每项固有属性参数查找全网其他系统中是否存在同类资源；若存在同类资源则执行下述步骤，否则退出后续处理；

2)地面运行控制系统分别确定同类资源分属的不同卫星网络设备间的互联拓扑关系与传输通信能力，同类资源属性联通能力参数采用如下方式表述：

链路标识可用带宽传输时延丢包率L(i,j)带宽(i,j)时延(i,j)丢包率(i,j)…………

说明：i表示卫星网络设备i，j表示卫星网络设备j

3)地面运行控制系统确定同类资源分属的不同卫星网络设备间的协同能力(计算、存储、传输)属于加性、乘性或凹性中的哪一类，计算确定同类资源属性协同能力参数的具体数值，同类资源属性协同能力参数采用如下方式表述：

同类资源属性对标识关联类别标识关联度数值N(i,j)F1：加性属性i+属性jN(i,k)F2：乘性P(i,k)N(i,l)F3：凹性min(属性i，属性l)………

说明：

P(i,k)：表示属性i和属性k间的乘性系数；

对于加性、乘性、凹性的定义如下：

●加性：即参数值等于各个内部属性参数之和。

●乘性：即参数值等于其各个内部属性参数之积乘以特定的系数。

●凹性：即参数值等于其各个内部属性参数的最小值

4)地面运行控制系统根据分属不同卫星网络设备的同类资源的具体可用时段计算可用时段交集，确定同类资源属性并行可用时段参数的具体数值。

分析了需要描述的卫星网络资源类型，主要包括：接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源等，同时确定了这几类资源在卫星网络中的分布。

设计了通用化的卫星网络资源统一表征方法，通过公共描述、本地特性描述与网络特性描述相结合对网络资源进行统一表征。公共描述解决资源身份标识、归属、空间坐标及其相对移动的表征问题；本地特性描述重点表征本地资源属性、状态及资源内部属性间的相互制约关系；资源网络特性描述重点表征本地资源同网络中其他同类资源间的关系。

本地特性描述方法重点定义资源的局部特性，包括：属性参数、属性量纲、可用时段等；在此基础上设计了内部属性关联度描述参数：反映资源内部属性间的相互制约程度，每项属性对应各自的关联系数。属性数值与其内部属性关联度系数的乘积反映资源对外呈现的实际能力。对于每一类资源(计算、存储等)，其属性参数组成相对固定，针对不同场景可采用不同策略确定出合理的内部属性关联度系数。

网络特性描述方法从联通能力、协同能力和并行可用时段三个方面对本地局部资源与网络其他同类资源的关系进行描述：(1)同类资源属性联通能力描述参数：表征特定资源属性同网络中其他同类资源属性的联通程度、通信能力等，主要包括：联通度和通信能力参数两部分。联通度反映当前资源点与网络中其他同类资源点间的拓扑互联关系；通信能力参数反映在特定时间段内，当前资源点与网络中任意其他同类资源点间的通信能力；(2)同类资源属性协同能力描述参数：表征特定资源属性同网络中其他同类资源属性的协同工作能力(计算、存储等)。协同能力度量参数主要包括：加性、乘性和凹性；(3)同类资源属性并行可用时段描述参数：表征特定资源属性同网络中其他同类资源属性同时可用的时段范围。

如图1所示，本发明中主要涉及卫星网络资源类型主要包括：接入资源、频谱资源、链路资源和处理转发资源等，这几类资源在卫星网络中的分布如图1。

如图2所示，卫星网络资源统一描述方法的具体处理流程说明如下：

(1)完成对卫星网络资源的公共描述：

●资源ID：为资源在网络内的唯一标识

●资源归属：提供资源的归属者信息

●资源空间坐标：反映资源在空间中的位置信息

●资源相对移动速度：反映资源的相对移动特性

(2)完成对卫星网络资源的本地特性描述：

●属性参数名称：每项属性参数对应资源的固有属性或属性能力

●属性数值：对应特定属性参数的具体数值

●属性状态：反映属性参数的具体状态信息，如：可用、不可用、开销等

●可用时段：反映资源在特定属性维度的具体可用时间范围

●内部属性关联度：反映资源内部属性间的相互制约程度，每项属性对应各自的关联系数。属性数值与其内部属性关联度系数的乘积反映资源对外呈现的实际能力。对于每一类资源(计算、存储等)，其属性参数组成相对固定，针对不同场景可采用不同策略确定出合理的内部属性关联度系数。

(3)完成对卫星网络资源的网络特性描述：

●同类资源属性联通能力：表征特定资源属性同网络中其他同类资源属性的联通程度、通信能力等，主要包括：联通度和通信能力参数两部分。联通度反映当前资源点与网络中其他同类资源点间的拓扑互联关系；通信能力参数反映在特定时间段内，当前资源点与网络中任意其他同类资源点间的通信能力。

●同类资源属性协同能力：表征特定资源属性同网络中其他同类资源属性的协同工作能力(计算、存储等)。协同能力度量参数主要包括：加性、乘性和凹性，说明如下：

加性：即参数值等于各个内部属性参数之和。

乘性：即参数值等于其各个内部属性参数之积乘以特定的系数。

凹性：即参数值等于其各个内部属性参数的最小值

●同类资源属性并行可用时段：表征特定资源属性同网络中其他同类资源属性同时可用的时段范围。