CN106877921A - 空间信息网络多维资源一体化表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于资源关系时变图的空间信息网络多维资源一体化表征方法，主要解决现有技术难以对空间信息网络多维资源进行表征的问题，其实现过程为：对待表征的空间信息网络进行初始化；对有向图进行初始化，并在有向图上划分时隙；在有向图中添加空间信息网络的顶点；判断并记录各种集合的可见关系；根据可见关系在有向图中的各顶点之间添加不同功能的弧，完成对资源关系时变图的构建；利用资源关系时变图中各种功能弧，对空间信息网络中的各种资源进行表征。本发明使用资源关系时变图表征网络中资源的时变性与相关性，显著降低了空间信息网络中资源表征的复杂度，可用于空间信息网络观测、存储、传输、计算资源的表征。

Description

空间信息网络多维资源一体化表征方法

技术领域

本发明属于空间信息技术领域，特别涉及一种空间信息网络多维资源一体化表征方法，可用于空间信息网络观测、存储、传输、计算资源的分析和管理实施。

背景技术

空间信息网络是我国重要的基础设施，是支持对地观测、远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输和航天测控的重要平台。然而,我国空间信息网络长期面临资源紧张供不应求的局面。为了缓解资源紧张和业务发展的矛盾，研究适用于空间信息网络的高效资源管理方法十分重要。

随着星载成像设备的幅宽、分辨率不断增长，空间信息网络中节点获取信息的能力不断增强，计算资源起到了越来越重要的作用。星载图像压缩模块通过压缩原始图像的大小能够极大的缓解高清图像对空间信息网络中信息存储和回传带来的负担。由于资源的种类繁多、结构复杂，所以联合管理空间信息网络中的观测、计算、存储和传输资源能够有效的提高网络资源利用率。然而联合优化多种资源的使用是一个极为复杂的问题，繁多的资源种类和不同任务需求的多样性，以及资源的时变性给空间信息网络资源的管理带来极大的挑战。

资源表征是资源管理方法的基础，建立一个良好的针对空间信息网络资源的表征方法，对于研究空间信息网络中的观测、存储、传输、计算等资源的时变性和相关性规律以及进行具体的管理而言，都是至关重要的。

以往对空间信息网络资源表征的研究中，只对观测、通信、存储资源进行相应的表征，而没有考虑相应计算资源的表征。如在Runzi Liu的文章“An Analytical Frameworkfor Resource-Limited Small Satellite Networks”中，仅着重说明并表征了空间信息网络观测、通信、存储三类资源，并未能将相应的计算资源考虑在内，导致上述工作无法用于空间信息网络中观测、压缩和数传的联合规划。

发明内容

本发明针对上述技术无法对计算资源进行表征的不足，提出一种空间信息网络多维资源一体化表征方法，以实现对空间信息网络环境中的观测、存储、传输和计算资源的时空二维表征，刻画不同资源间的承接转化关系，从而支持对空间信息网络多维资源的高效利用。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)初始化待表征空间信息网络的观测卫星顶点集合OS＝{os₁,os₂,...,os_n}，中继卫星顶点集合RS＝{rs₁,rs₂,...,rs_n}，地面站顶点集合GS＝{gs₁,gs₂,...,gs_n}，待观测目标顶点集合OB＝{ob₁,ob₂,...,ob_n}和虚拟顶点v_r。其中os_i表示第i个观测卫星顶点，rs_i表示第i个中继卫星顶点，gs_i表示第i个地面站顶点，ob_i表示第i个待观测目标顶点，i∈[1,n],n∈[1,+∞)；

(2)初始化一张空白的有向图，将有向图的规划周期T划分为M个时隙，每个时隙的长度为τ＝T/M,T∈(0,+∞),M∈[1,+∞)；

(3)在步骤(2)中的有向图的每个时隙τ中添加步骤(1)中初始化的空间信息网络顶点，即观测卫星顶点、中继卫星顶点、地面站顶点、待观测目标顶点和虚拟顶点；

(4)将步骤(1)中初始化的各种集合导入到Satellite Tool Kit软件中，根据该软件中的星历表判断每个时隙τ内观测卫星与待观测目标可见关系，及中继卫星与地面站之间的可见关系，并对这些可见关系进行记录；

(5)在步骤(3)有向图中的各顶点之间添加不同功能的弧，完成对资源关系时变图的构建：

(5a)根据步骤(4)中记录的可见关系，在步骤(3)有向图中的各顶点之间添加观测弧和传输弧：

如果在每个时隙τ内观测卫星与待观测目标相互可见，则在观测卫星顶点与待观测目标顶点之间添加观测弧；

如果在每个时隙τ内观测卫星与中继卫星相互可见，则在观测卫星顶点与中继卫星顶点之间添加传输弧；

如果在每个时隙τ内观测卫星与地面站相互可见，则在观测卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧；

根据中继卫星顶点与地面站顶点始终可见的特性，在每一个时隙的中继卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧；

(5b)在观测卫星顶点、中继卫星顶点和地面站顶点的相邻时隙之间添加存储弧，在观测卫星顶点与虚拟顶点之间添加计算弧，至此完成对资源关系时变图的构建；

(6)使用资源关系时变图中的各种功能的弧表征空间信息网络中的各种资源。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明在构造资源关系时变图的过程中，通过拆分观测卫星节点的方法解决了传统的时间扩展图中无法表征计算资源压缩处理数据过程的问题。具体而言，通过将观测卫星中的成像仪、图像压缩模块和存储传输部分分别表示数据的获取、压缩和存储传输等操作。使得拆分后的图模型中，多个顶点的组合表示空间信息网络的一个节点，其中每个顶点分别表示对应节点的一个功能模块，从而使用图论模型实现了对空间信息网络中的计算资源的表征。

2)本发明用资源关系时变图中的观测、存储、传输和计算弧表征空间信息网络中的观测、存储、传输和计算资源，用弧的容量代表资源的大小，从而实现用统一的单位来量化空间信息网络中的不同资源，不同类型弧之间的位置关系表征了不同资源间的承接转化关系。

3)本发明针对观测卫星图像压缩模块每个时间间隔内流出的数据量小于流入的数据量进而导致资源关系时变图中的流守恒定理不成立这一问题，提出并引入了虚拟节点的概念，以保证图上的流守恒，使得任务执行过程中复杂的图像观测、压缩、存储和传输过程能够使用资源关系时变图中的流进行统一表示，从而可以将多维资源联合管理问题转化为资源时变图中的最大流问题。

附图说明

图1是本发明使用的场景示意图；

图2是本发明的实现总流程图；

图3是本发明中每个时隙中的观测卫星与待观测目标、观测卫星与中继卫星以及观测卫星与地面站之间的可见情况示意图；

图4是本发明中初始化的空白有向图；

图5是本发明中由观测卫星顶点拆分得到的成像仪顶点、图像压缩模块顶点和存储传输顶点的示意图。

图6是本发明中添加各种空间信息网络顶点后的有向图。

图7是本发明中添加各种功能弧后的有向图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明进行详细说明，实例仅用于说明本发明，并不构成对本发明的任何限制。

本发明的实现是基于空间信息网络场景进行的。

参照图1，本发明使用的空间信息网络，包含卫星、地面站gs₁和待观测目标，其中卫星包括一颗位于同步轨道的中继卫星rs₁和两颗低轨观测卫星，即第一观测卫星为os₁，第二观测卫星为os₂；两个待观测目标，即第一观测目标为ob₁，第二观测目标为ob₂。观测卫星的数据收集速率为rc，观测卫星到中继卫星的链路传输速率为rt，观测卫星到地面站的链路传输速率为rg，中继卫星到地面站的链路传输速率为rr。观测卫星、中继卫星和地面站的存储容量分别为bo、br、bg，观测卫星的计算容量为ms。网络的规划周期为4τ，在规划周期内观测卫星和待观测目标、中继卫星以及地面站之间的可见情况如图3所示，图3中横轴表示时间，纵轴表示是否可见，每条线表示一对节点间的可见关系，状态1表示可见，状态0表示不可见。

参见图2，本发明空间信息网络多维资源一体化表征方法，其实现步骤如下：

步骤1，对待表征的空间信息网络进行初始化。

初始化观测卫星集合OS＝{os₁,os₂}，其中os₁、os₂分别代表两颗低轨观测卫星；

初始化中继卫星集合RS＝{rs₁}，其中rs₁代表一颗位于同步轨道的中继卫星；

初始化地面站集合GS＝{gs₁}，其中gs₁代表地面站；

初始化待观测目标集合OB＝{ob₁,ob₂}，其中ob₁、ob₂代表两个待观测点。

步骤2，对有向图进行初始化，并在有向图上划分时隙。

初始化一张空白的有向图，将有向图的规划周期4τ划分为4个等长的时隙，每个时隙的长度为τ，如图4所示。

步骤3，在有向图中添加步骤1中初始化的顶点。

(3a)如图5所示，将观测卫星顶点拆分成三部分，分别表示为和其中i＝1,2，表示第i个观测卫星顶点，k＝1,2,3,4，表示第k个时隙。

(3b)如图6所示，在有向图中的第1个时隙依次添加第一待观测目标顶点第二待观测目标顶点第一成像仪顶点第二成像仪顶点第一图像压缩模块顶点第二图像压缩模块顶点第一存储传输顶点第二存储传输顶点中继卫星顶点地面站顶点和虚拟顶点v_r；在有向图中的第2个时隙依次添加第一待观测目标顶点第二待观测目标顶点第一成像仪顶点第二成像仪顶点第一图像压缩模块顶点第二图像压缩模块顶点第一存储传输顶点第二存储传输顶点中继卫星顶点和地面站顶点在有向图中的第3个时隙依次添加第一待观测目标顶点第二待观测目标顶点第一成像仪顶点第二成像仪顶点第一图像压缩模块顶点第二图像压缩模块顶点第一存储传输顶点第二存储传输顶点中继卫星顶点和地面站顶点在有向图中的第4个时隙依次添加第一待观测目标顶点第二待观测目标顶点第一成像仪顶点第二成像仪顶点第一图像压缩模块顶点第二图像压缩模块顶点第一存储传输顶点第二存储传输顶点中继卫星顶点和地面站顶点

步骤4，判断并记录各种集合的可见关系。

将步骤1中初始化的各种集合导入到Satellite Tool Kit软件中，根据该软件中的星历表判断每个时隙τ内观测卫星与待观测目标可见关系，及中继卫星与地面站之间的可见关系，并对这些可见关系进行记录，如图3所示，可见情况主要分为四类：

第一类为待观测目标与观测卫星之间的可见情况，即：第一观测卫星os₁在第1个时隙和第2个时隙与第一待观测目标ob₁为可见，在第3个时隙和第4个时隙与第一待观测目标ob₁不可见；第二观测卫星os₂在第4个时隙与第一待观测目标ob₁为可见，在第1个、第2个和第3个时隙与第一待观测目标ob₁不可见；第一观测卫星os₁在第2个和第3个时隙可与第二待观测目标ob₂可见，在第1个和第4个时隙与第二待观测目标ob₂不可见；第二观测卫星os₂在第1个和第2个时隙与第二待观测目标ob₂可见，在第3个和第4个时隙与第二待观测目标ob₂不可见；

第二类为对地观测卫星与数据中继卫星之间的可见情况，即：第一观测卫星os₁在第3个和第4个时隙与第一中继卫星rs₁可见，在第1个和第2个时隙与第一中继卫星rs₁不可见；第二观测卫星os₂在第1个、第2个和第3个时隙与第一中继卫星rs₁可见，在第4个时隙与第一中继卫星rs₁不可见；

第三类为观测卫星与地面站之间的可见情况，即：第一观测卫星os₁在所有时隙与第一地面站gs₁均不可见；第二观测卫星os₂在第4个时隙可与第一地面站gs₁可见，在第1个、第2个和第3个时隙与第一地面站gs₁不可见；

第四类为中继卫星与地面站之间的可见情况，即：第一中继卫星rs₁在所有时隙与第一地面站gs₁均可见。

步骤5，在有向图中的各顶点之间添加不同功能的弧，完成对资源关系时变图的构建。

(5a)参照图7，根据步骤4中记录的可见关系，在步骤3有向图中的各顶点之间添加7条观测弧和10条传输弧：

根据第一观测卫星os₁在第1个时隙和第2个时隙与第一待观测目标ob₁为可见的关系，在第1个时隙中画一条从第一观测卫星成像仪顶点到第一观测目标顶点的有向线段，作为第一观测弧在第2个时隙中画一条从第一观测卫星成像仪顶点到第一观测目标顶点的有向线段，作为第二观测弧

根据第二观测卫星os₂在第4个时隙与第一待观测目标ob₁为可见的关系，在第4个时隙中画一条从第二观测卫星成像仪顶点到第一待观测目标顶点的有向线段，作为第三观测弧

根据第一观测卫星os₁在第2个和第3个时隙与第二待观测目标ob₂为可见的关系，在第2个时隙中画一条从第一观测卫星成像仪顶点到第二待观测目标顶点的有向线段，作为第四观测弧在第3个时隙中画一条从第一观测卫星成像仪顶点到第二待观测目标顶点的有向线段，作为第五观测弧

根据第二观测卫星os₂在第1个和第2个时隙与第二待观测目标ob₂为可见的关系，在第1个时隙中画一条从第二观测卫星成像仪顶点到第二待观测目标顶点的有向线段，作为第六观测弧在第2个时隙中画一条从第二观测卫星成像仪顶点到第二待观测目标顶点的有向线段，作为第七观测弧

根据第一观测卫星os₁在第3个和第4个时隙与第一中继卫星rs₁为可见的关系，在第3个时隙中画一条从第一观测卫星存储传输顶点到第一中继卫星顶点的有向线段，作为第一传输弧在第4个时隙中画一条从第一观测卫星存储传输顶点到第一中继卫星顶点的有向线段，作为第二传输弧

根据第二观测卫星os₂在第1个、第2个和第3个时隙与第一中继卫星rs₁为可见的关系，，在第1个时隙中画一条从第二观测卫星存储传输顶点到第一中继卫星顶点的有向线段，作为第三传输弧在第2个时隙中画一条从第二观测卫星存储传输顶点到第一中继卫星顶点的有向线段，作为第四传输弧在第3个时隙中画一条从第二观测卫星存储传输顶点到第一中继卫星顶点的有向线段，作为第3时隙观测-地面传输弧第五

根据第二观测卫星os₂在第4个时隙与第一地面站gs₁为可见的关系，在第4个时隙中画一条从第二观测卫星存储传输顶点到第一地面站顶点的有向线段，作为第4时隙观测-地面传输弧第六

根据第一中继卫星rs₁在所有时隙与第一地面站gs₁为可见的关系，在第1时隙中画一条从第一中继卫星顶点到第一地面站顶点的有向线段，作为第七传输弧在第2时隙中画一条从第一中继卫星顶点到第一地面站顶点的有向线段，作为第八传输弧在第3时隙中画一条从第一中继卫星顶点到第一地面站顶点的有向线段，作为第九传输弧在第4时隙中画一条从第一中继卫星顶点到第一地面站顶点的有向线段，作为第十传输弧

(5b)在观测卫星顶点、中继卫星顶点和地面站顶点的相邻时隙之间添加6条观测存储弧、3条中继存储弧和3条地面站存储弧，在观测卫星顶点与虚拟顶点之间添加24条计算弧，完成对资源关系时变图的构建。

存储弧分为观测存储弧、中继存储弧和地面站存储弧三类，即：

在有向图中画一条从第1时隙的第一观测卫星存储传输顶点到第2时隙的第一观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第一观测存储弧

在有向图中画一条从第2时隙的第一观测卫星存储传输顶点到第3时隙的第一观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第二观测存储弧

在有向图中画一条从第3时隙的第一观测卫星存储传输顶点到第4时隙的第一观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第三观测存储弧

在有向图中画一条从第1时隙的第二观测卫星存储传输顶点到第2时隙的第二观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第四观测存储弧

在有向图中画一条从第2时隙的第二观测卫星存储传输顶点到第3时隙的第二观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第五观测存储弧

在有向图中画一条从第3时隙的第二观测卫星存储传输顶点到第4时隙的第二观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第六观测存储弧

在有向图中画一条从第1时隙的第一中继卫星顶点到第2时隙的第一中继卫星顶点的有向线段，作为第一中继存储弧

在有向图中画一条从第2时隙的第一中继卫星顶点到第3时隙的第一中继卫星顶点的有向线段，作为第二中继存储弧

在有向图中画一条从第3时隙的第一中继卫星顶点到第4时隙的第一中继卫星顶点的有向线段，作为第三中继存储弧

在有向图中画一条从第1时隙的第一地面站顶点到第2时隙的第一地面站顶点的有向线段，作为第一地面站存储弧

在有向图中画一条从第2时隙的第一地面站顶点到第3时隙的第一地面站顶点的有向线段，作为第二地面站存储弧

在有向图中画一条从第3时隙的第一地面站顶点到第4时隙的第一地面站顶点的有向线段，作为第三地面站存储弧

在有向图中画一条从第1时隙的第一观测卫星成像仪顶点到第一观测卫星图像压缩模块顶点的有向线段，作为第一计算弧

在有向图中画一条从第1时隙的第二观测卫星成像仪顶点到第二观测卫星图像压缩模块顶点的有向线段，作为第二计算弧

在有向图中画一条从第2时隙的第一观测卫星成像仪顶点到第一观测卫星图像压缩模块顶点的有向线段，作为第三计算弧

在有向图中画一条从第2时隙的第二观测卫星成像仪顶点到第二观测卫星图像压缩模块顶点的有向线段，作为第四计算弧

在有向图中画一条从第3时隙的第一观测卫星成像仪顶点到第一观测卫星图像压缩模块顶点的有向线段，作为第五计算弧

在有向图中画一条从第3时隙的第二观测卫星成像仪顶点到第二观测卫星图像压缩模块顶点的有向线段，作为第六计算弧

在有向图中画一条从第4时隙的第一观测卫星成像仪顶点到第一观测卫星图像压缩模块顶点的有向线段，作为第七计算弧

在有向图中画一条从第4时隙的第二观测卫星成像仪顶点到第二观测卫星图像压缩模块顶点的有向线段，作为第八计算弧

在有向图中画一条从第1时隙的第一观测卫星图像压缩模块顶点到第一观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第九计算弧

在有向图中画一条从第1时隙的第二观测卫星图像压缩模块顶点到第二观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第十计算弧

在有向图中画一条从第2时隙的第一观测卫星图像压缩模块顶点到第一观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第十一计算弧

在有向图中画一条从第2时隙的第二观测卫星图像压缩模块顶点到第二观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第十二计算弧

在有向图中画一条从第3时隙的第一观测卫星图像压缩模块顶点到第一观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第十三计算弧

在有向图中画一条从第3时隙的第二观测卫星图像压缩模块顶点到第二观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第十四计算弧

在有向图中画一条从第4时隙的第一观测卫星图像压缩模块顶点到第一观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第十五计算弧

在有向图中画一条从第4时隙的第二观测卫星图像压缩模块顶点到第二观测卫星存储传输顶点的有向线段，作为第十六计算弧

在有向图中画一条从第1时隙的第一观测卫星图像压缩模块顶点到虚拟顶点v_r的有向线段，作为第十七计算弧

在有向图中画一条从第1时隙的第二观测卫星图像压缩模块顶点到虚拟顶点v_r的有向线段，作为第十八计算弧

在有向图中画一条从第2时隙的第一观测卫星图像压缩模块顶点到虚拟顶点v_r的有向线段，作为第十九计算弧

在有向图中画一条从第2时隙的第二观测卫星图像压缩模块顶点到虚拟顶点v_r的有向线段，作为第二十计算弧

在有向图中画一条从第3时隙的第一观测卫星图像压缩模块顶点到虚拟顶点v_r的有向线段，作为第二十一计算弧

在有向图中画一条从第3时隙的第二观测卫星图像压缩模块顶点到虚拟顶点v_r的有向线段，作为第二十二计算弧

在有向图中画一条从第4时隙的第一观测卫星图像压缩模块顶点到虚拟顶点v_r的有向线段，作为第二十三计算弧

在有向图中画一条从第4时隙的第二观测卫星图像压缩模块顶点到虚拟顶点v_r的有向线段，作为第二十四计算弧

步骤6，使用步骤5构建的资源关系时变图中各种功能弧，对空间信息网络中的各种资源进行表征。

(6a)使用资源关系时变图中观测弧表征空间信息网络中的观测资源：

使用资源关系时变图中的第1观测弧表征空间信息网络中第一观测卫星在第1时隙的观测资源；

使用资源关系时变图中的第6观测弧表征空间信息网络中第二观测卫星在第1时隙的观测资源；

使用资源关系时变图中的第2和第4观测弧表征空间信息网络中第一观测卫星在第2时隙的观测资源；

使用资源关系时变图中的第7观测弧表征空间信息网络中第二观测卫星在第2时隙的观测资源；

使用资源关系时变图中的第5观测弧表征空间信息网络中第一观测卫星在第3时隙的观测资源；

使用资源关系时变图中的第3观测弧表征空间信息网络中第二观测卫星在第4时隙的观测资源；

(6b)使用资源关系时变图中传输弧表征空间信息网络中的传输资源：

使用资源关系时变图中的第3传输弧表征空间信息网络中第二观测卫星与第一中继卫星在第1时隙的传输资源；

使用资源关系时变图中的第7传输弧表征空间信息网络中第一中继卫星与第一地面站在第1时隙的传输资源；

使用资源关系时变图中的第4传输弧表征空间信息网络中第二观测卫星与第一中继卫星在第2时隙的传输资源；

使用资源关系时变图中的第8传输弧表征空间信息网络中第一观测卫星与第一地面站在第2时隙的传输资源；

使用资源关系时变图中的第1传输弧表征空间信息网络中第一观测卫星与第一中继卫星在第3时隙的传输资源；

使用资源关系时变图中的第5传输弧表征空间信息网络中第二观测卫星与第一中继卫星在第3时隙的传输资源；

使用资源关系时变图中的第9传输弧表征空间信息网络中第一观测卫星与第一地面站在第3时隙的传输资源；

使用资源关系时变图中的第2传输弧表征空间信息网络中第一观测卫星与第一中继卫星在第4时隙的传输资源；

使用资源关系时变图中的第10传输弧表征空间信息网络中第一观测卫星与第一地面站在第4时隙的传输资源；

使用资源关系时变图中的第6传输弧表征空间信息网络中第二观测卫星与第一地面站在第4时隙的传输资源；

(6c)使用资源关系时变图中存储弧表征空间信息网络中的存储资源：

使用资源关系时变图中的第1观测存储弧表征空间信息网络中第一观测卫星在第1和第2时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第4观测存储弧表征空间信息网络中第二观测卫星在第1和第2时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第1中继存储弧表征空间信息网络中第一中继卫星在第1和第2时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第1地面站存储弧表征空间信息网络中第一地面站在第1和第2时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第2观测存储弧表征空间信息网络中第一观测卫星在第2和第3时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第5观测存储弧表征空间信息网络中第二观测卫星在第2和第3时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第2中继存储弧表征空间信息网络中第一中继卫星在第2和第3时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第2地面站存储弧表征空间信息网络中第一地面站在第2和第3时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第3观测存储弧表征空间信息网络中第一观测卫星在第3和第4时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第6观测存储弧表征空间信息网络中第二观测卫星在第3和第4时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第3中继存储弧表征空间信息网络中第一中继卫星在第3和第4时隙之间的存储资源；

使用资源关系时变图中的第3地面站存储弧表征空间信息网络中第一地面站在第3和第4时隙之间的存储资源；

(6d)使用资源关系时变图中计算弧表征空间信息网络中的计算资源：

使用资源关系时变图中的第1、第9和第17计算弧表征空间信息网络中第一观测卫星在第1时隙的计算资源；

使用资源关系时变图中的第2、第10和第18计算弧表征空间信息网络中第二观测卫星在第1时隙的计算资源；

使用资源关系时变图中的第3、第11和第19计算弧表征空间信息网络中第一观测卫星在第2时隙的计算资源；

使用资源关系时变图中的第4、第12和第20计算弧表征空间信息网络中第二观测卫星在第2时隙的计算资源；

使用资源关系时变图中的第5、第13和第21计算弧表征空间信息网络中第一观测卫星在第3时隙的计算资源；

使用资源关系时变图中的第6、第14和第22计算弧表征空间信息网络中第二观测卫星在第3时隙的计算资源；

使用资源关系时变图中的第7、第15和第23计算弧表征空间信息网络中第一观测卫星在第4时隙的计算资源；

使用资源关系时变图中的第8、第16和第24计算弧表征空间信息网络中第二观测卫星在第4时隙的计算资源。

至此，完成用资源关系时变图中各种功能的弧对空间信息网络中各种资源的表征。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种空间信息网络多维资源一体化表征方法，包括：

(1)初始化待表征空间信息网络的观测卫星顶点集合OS＝{os₁,os₂,...,os_n}，中继卫星顶点集合RS＝{rs₁,rs₂,...,rs_n}，地面站顶点集合GS＝{gs₁,gs₂,...,gs_n}，待观测目标顶点集合OB＝{ob₁,ob₂,...,ob_n}和虚拟顶点v_r。其中os_i表示第i个观测卫星顶点，rs_i表示第i个中继卫星顶点，gs_i表示第i个地面站顶点，ob_i表示第i个待观测目标顶点，i∈[1,n],n∈[1,+∞)；

(2)初始化一张空白的有向图，将有向图的规划周期T划分为M个时隙，每个时隙的长度为τ＝T/M,T∈(0,+∞),M∈[1,+∞)；

(3)在步骤(2)中的有向图的每个时隙τ中添加步骤(1)中初始化的空间信息网络顶点，即观测卫星顶点、中继卫星顶点、地面站顶点、待观测目标顶点和虚拟顶点；

(4)将步骤(1)中初始化的各种集合导入到Satellite Tool Kit软件中，根据该软件中的星历表判断每个时隙τ内观测卫星与待观测目标可见关系，及中继卫星与地面站之间的可见关系，并对这些可见关系进行记录；

(5)在步骤(3)有向图中的各顶点之间添加不同功能的弧，完成对资源关系时变图的构建：

(5a)根据步骤(4)中记录的可见关系，在步骤(3)有向图中的各顶点之间添加观测弧和传输弧：

如果在每个时隙τ内观测卫星与待观测目标相互可见，则在观测卫星顶点与待观测目标顶点之间添加观测弧；

如果在每个时隙τ内观测卫星与中继卫星相互可见，则在观测卫星顶点与中继卫星顶点之间添加传输弧；

如果在每个时隙τ内观测卫星与地面站相互可见，则在观测卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧；

根据中继卫星顶点与地面站顶点始终可见的特性，在每一个时隙的中继卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧；

(5b)在观测卫星顶点、中继卫星顶点和地面站顶点的相邻时隙之间添加存储弧，在观测卫星顶点与虚拟顶点之间添加计算弧，至此完成对资源关系时变图的构建；

(6)使用资源关系时变图中的各种功能的弧表征空间信息网络中的各种资源。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3)中在有向图中添加观测顶点、存储顶点、传输顶点和虚拟顶点，按如下步骤进行：

(3a)将第k个时隙的观测卫星顶点拆分成成像仪顶点图像压缩模块顶点和存储传输顶点这三部分，其中i表示各种顶点的第i个，i∈[1,n]，n表示各种顶点的上界，n∈[1,+∞)，k表示第k个时隙，k∈[1,M]，M表示时隙的个数，M∈[1,+∞)；

(3b)在有向图的第k层添加成像仪顶点图像压缩模块顶点存储传输顶点中继卫星顶点地面站顶点待观测目标顶点这四种顶点按照顺序依次横向排布在有向图的第k层；

(3c)在有向图的第一层，添加虚拟顶点v_r，用于收集被压缩掉的数据量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(5a)中在观测卫星顶点与待观测目标顶点之间添加观测弧，是指在该两者之间画一条从待观测目标顶点到观测卫星成像仪顶点的有向线段其中的容量为：rc_j为观测卫星成像仪的观测速率，i,j∈[1,n]，n表示观测卫星成像仪顶点数目的上界，n∈[1,+∞)，k表示第k个时隙，k∈[1,M]，M表示时隙的个数，M∈[1,+∞)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(5a)中在观测卫星顶点与中继卫星顶点之间添加传输弧，是指在该两者之间画一条从观测卫星存储传输顶点到中继卫星顶点的有向线段其中的容量为：rt_i为观测卫星顶点st_i到中继卫星顶点rs_i的链路传输速率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(5a)中在观测卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧，是指在该两者之间画一条从观测卫星存储传输顶点到地面站顶点的有向线段其中的容量为rg_i为观测卫星存储传输顶点st_i到地面站顶点gs_i的链路的传输速率。

6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(5a)中在中继卫星顶点与地面站顶点之间添加传输弧，是指在该两者之间画一条从中继顶点到地面站顶点的有向线段其中的容量为rr_i为中继卫星顶点rs_i到地面站顶点gs_i的链路的传输速率。

7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(5b)中在观测卫星顶点、中继卫星顶点和地面站顶点的相邻时隙之间添加存储弧，是指在前一时隙的观测卫星存储传输顶点与后一时隙的观测卫星顶点之间画一条从到的有向线段在前一时隙的中继卫星顶点与后一时隙的中继卫星顶点之间画一条从到的有向线段在前一时隙的地面站顶点与后一时隙的地面站顶点之间画一条从到的有向线段

8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(5b)中在观测卫星顶点与虚拟顶点之间添加计算弧，是指在观测卫星成像仪顶点与观测卫星图像压缩模块顶点之间画一条从到的有向线段在观测卫星图像压缩模块顶点与观测卫星存储传输顶点之间画一条从到的有向线段在观测卫星图像压缩模块顶点与虚拟顶点v_r之间画一条从到v_r的有向线段

9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(6)中用资源关系时变图中的各种功能的弧表征空间信息网络中的各种资源，按如下规则进行：

使用资源关系时变图中的观测弧表征空间信息网络中观测卫星的观测资源；

使用资源关系时变图中的存储弧表征空间信息网络中观测卫星、中继卫星和地面站的存储资源；

使用资源关系时变图中的传输弧表征空间信息网络中观测卫星、中继卫星和地面站之间的传输资源；

使用资源关系时变图中的计算弧表征空间信息网络中观测卫星的计算资源。