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龍圖騰網(wǎng)獲悉中國(guó)礦業(yè)大學(xué)申請(qǐng)的專利一種面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能多路徑路由方法獲國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號(hào)為：CN120529385B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-09-12發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào)為：202511016336.1，技術(shù)領(lǐng)域涉及：H04W40/20；該發(fā)明授權(quán)一種面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能多路徑路由方法是由何立軍;李雨彤;李喆元;汪彥婷;王洪梅;李世銀設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2025-07-23向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請(qǐng)。

本一種面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能多路徑路由方法在說明書摘要公布了：本發(fā)明公開了一種面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能多路徑路由方法，該方法包括如下步驟：S1、構(gòu)建空天地一體化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合，包括衛(wèi)星集合和地面站集合；S2、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置信息構(gòu)建出大尺度時(shí)隙集合，構(gòu)建小尺度時(shí)隙集合，并構(gòu)建任務(wù)集合；S3、基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合、大尺度時(shí)隙集合、小尺度時(shí)隙集合和任務(wù)集合，構(gòu)建雙尺度時(shí)變圖；S4、基于構(gòu)建的雙尺度時(shí)變圖構(gòu)建多資源聯(lián)合優(yōu)化問題和網(wǎng)絡(luò)路由問題，求解出決策變量；S5、根據(jù)決策變量生成路由策略和功率控制策略。本發(fā)明有效簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)路由與功率分配聯(lián)合優(yōu)化的求解復(fù)雜度，降低了空天地一體化網(wǎng)絡(luò)總能耗，提升了任務(wù)傳輸效率與資源利用效率。

本發(fā)明授權(quán)一種面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能多路徑路由方法在權(quán)利要求書中公布了：1.一種面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能多路徑路由方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： S1、構(gòu)建空天地一體化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合，包括衛(wèi)星集合和地面站集合； S2、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置信息構(gòu)建出大尺度時(shí)隙集合，構(gòu)建小尺度時(shí)隙集合，并構(gòu)建任務(wù)集合； S3、基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合、大尺度時(shí)隙集合、小尺度時(shí)隙集合和任務(wù)集合，構(gòu)建雙尺度時(shí)變圖，其中，表示圖中的頂點(diǎn)集合，表示圖中的邊集合，表示圖中邊的權(quán)值集合； S4、基于構(gòu)建的雙尺度時(shí)變圖構(gòu)建多資源聯(lián)合優(yōu)化問題和網(wǎng)絡(luò)路由問題，求解出決策變量，包括任務(wù)傳輸決策變量、任務(wù)存儲(chǔ)決策變量、功率分配決策變量以及路由決策變量； S5、根據(jù)決策變量生成路由策略和功率控制策略； 步驟S1的具體方法如下： 構(gòu)建空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合，其中，為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總的數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合包括中繼衛(wèi)星集合，低軌衛(wèi)星集合和地面站集合，即，其中，為中繼衛(wèi)星總數(shù)，為低軌衛(wèi)星總數(shù)，為地面站總數(shù)； 步驟S2的具體方法如下： S21、將衛(wèi)星的星歷表與地面站經(jīng)緯度信息導(dǎo)入衛(wèi)星工具箱軟件STK中，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合中兩兩網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的視距通信時(shí)間窗口，每個(gè)時(shí)間窗口使用二元組表示，其中，表示第個(gè)時(shí)間窗口的開始時(shí)刻，表示第個(gè)時(shí)間窗口的結(jié)束時(shí)刻，表示時(shí)間窗口的編號(hào)，構(gòu)建時(shí)間窗口集合，其中，為時(shí)間窗口集合內(nèi)時(shí)間窗口總數(shù)； S22、獲取時(shí)間窗口集合內(nèi)的所有開始時(shí)刻與結(jié)束時(shí)刻，組成時(shí)刻集合，將時(shí)刻集合內(nèi)所有元素去重后按照升序排列，獲得集合，其中，為第個(gè)時(shí)刻，且滿足，表示集合的最大時(shí)刻索引，集合時(shí)刻總數(shù)為； S23、根據(jù)集合構(gòu)建大尺度時(shí)隙集合，其中，二元組表示第個(gè)大尺度時(shí)隙，為第個(gè)大尺度時(shí)隙的開始時(shí)刻，為第個(gè)大尺度時(shí)隙的結(jié)束時(shí)刻，二元組表示第個(gè)大尺度時(shí)隙以時(shí)刻開始，以時(shí)刻結(jié)束，不包括時(shí)刻，大尺度時(shí)隙的長(zhǎng)度為分鐘級(jí)； S24、遍歷大尺度時(shí)隙集合，將任一大尺度時(shí)隙，均勻劃分為個(gè)長(zhǎng)度為的小尺度時(shí)隙，構(gòu)建小尺度時(shí)隙集合如下： ， 其中，數(shù)值為小尺度時(shí)隙集合的小尺度時(shí)隙總數(shù)，為小尺度時(shí)隙的長(zhǎng)度，小尺度時(shí)隙的長(zhǎng)度為秒級(jí)； S25、構(gòu)建任務(wù)集合，表示任務(wù)總數(shù)，對(duì)于任務(wù)，使用五元組表示，其中，表示任務(wù)的源節(jié)點(diǎn)，表示任務(wù)的數(shù)據(jù)量，表示任務(wù)的產(chǎn)生時(shí)刻對(duì)應(yīng)的小尺度時(shí)隙索引，表示任務(wù)的截止時(shí)刻對(duì)應(yīng)的小尺度時(shí)隙索引，表示任務(wù)的目的節(jié)點(diǎn)； 步驟S3的具體方法如下： S31、構(gòu)建雙尺度時(shí)變圖的頂點(diǎn)集合，其中，表示在第個(gè)大尺度時(shí)隙中對(duì)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的頂點(diǎn)集合，其中，在第個(gè)大尺度時(shí)隙中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建頂點(diǎn)，對(duì)于大尺度時(shí)隙構(gòu)建的頂點(diǎn)集合為； S32、構(gòu)建雙尺度時(shí)變圖的邊集合，其中，表示數(shù)據(jù)傳輸邊集合，包括星間數(shù)據(jù)傳輸邊集合和星地?cái)?shù)據(jù)傳輸邊集合，表示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邊集合； S321、構(gòu)建星間數(shù)據(jù)傳輸邊集合； S3211、初始化，； S3212、在每個(gè)大尺度時(shí)隙內(nèi)，從頂點(diǎn)集合挑選出對(duì)應(yīng)于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的頂點(diǎn)，構(gòu)建衛(wèi)星頂點(diǎn)集合； S3213、依次判斷衛(wèi)星頂點(diǎn)集合中兩兩頂點(diǎn)和之間是否存在星間傳輸鏈路，判斷方法為將頂點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和的星歷表導(dǎo)入軟件STK中，判斷這兩衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在每個(gè)大尺度時(shí)隙內(nèi)是否存在星間傳輸鏈路； 如存在從衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到的星間傳輸鏈路，則在兩個(gè)頂點(diǎn)和之間添加有向邊，并更新； 如存在從衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到的星間傳輸鏈路，則在兩個(gè)頂點(diǎn)和之間添加有向邊，并更新； S3214、如果，則更新索引并返回步驟S3212；否則，結(jié)束步驟S321； S322、構(gòu)建星地?cái)?shù)據(jù)傳輸邊集合； S3221、初始化，； S3222、從頂點(diǎn)集合挑選出對(duì)應(yīng)于地面站網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的頂點(diǎn)，構(gòu)建地面站頂點(diǎn)集合，并計(jì)算集合的頂點(diǎn)數(shù)，記為，根據(jù)得到的衛(wèi)星頂點(diǎn)集合，計(jì)算其頂點(diǎn)數(shù)，記為，設(shè)置和； S32221、獲得集合中第個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面站經(jīng)緯度以及集合中第個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的星歷表，導(dǎo)入軟件STK中計(jì)算兩者在每個(gè)大尺度時(shí)隙內(nèi)是否存在星地傳輸鏈路： 如存在從地面站到衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的星地傳輸鏈路，則在兩個(gè)頂點(diǎn)和之間添加有向邊，并更新； 如存在從衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)到地面站的星地傳輸鏈路，則在兩個(gè)頂點(diǎn)和之間添加有向邊，并更新； S32222、如果，則更新索引，并返回步驟S32221；否則，作如下判斷： 若，則更新索引，并設(shè)置，并返回步驟S32221；否則，完成集合構(gòu)建，結(jié)束步驟S322； S323、使用構(gòu)建的星間數(shù)據(jù)傳輸邊集合與構(gòu)建的星地?cái)?shù)據(jù)傳輸邊集合構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸邊集合，即； S324、構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邊集合； S3241、初始化，，計(jì)算頂點(diǎn)集合的頂點(diǎn)數(shù)，記為，設(shè)置； S3242、分別獲取頂點(diǎn)集合和中第個(gè)頂點(diǎn)和，并構(gòu)建從頂點(diǎn)到頂點(diǎn)有向邊，更新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邊集合； S3243、如果，則更新索引，返回步驟S3242，否則，更新索引，并作如下判斷： 若，則設(shè)置，并返回步驟S3242；否則，完成集合構(gòu)建，結(jié)束步驟S324； S325、使用構(gòu)建的數(shù)據(jù)傳輸邊集合與構(gòu)建的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邊集合構(gòu)建雙尺度時(shí)變圖的邊集合，即； S33、構(gòu)建雙尺度時(shí)變圖的邊權(quán)值集合； S331、遍歷星間數(shù)據(jù)傳輸邊集合中的所有邊，構(gòu)成星間數(shù)據(jù)傳輸邊容量集合，其中，集合和集合，表示對(duì)應(yīng)星間鏈路的邊在小尺度時(shí)隙的信道容量，其中，，為在小尺度時(shí)隙內(nèi)分配到邊的功率，為鏈路在小尺度時(shí)隙的信道增益，為在小尺度時(shí)隙的發(fā)射天線增益，為在小尺度時(shí)隙的接收天線增益，為在小尺度時(shí)隙的自由空間損耗，為在小尺度時(shí)隙的總線路損耗，是玻爾茲曼常數(shù)，為總系統(tǒng)噪聲溫度，是所需的每比特接收能量與噪聲密度之比，是鏈路容限； S332、遍歷星地?cái)?shù)據(jù)傳輸邊集合中的所有邊，構(gòu)成星地?cái)?shù)據(jù)傳輸邊容量集合，其中，表示對(duì)應(yīng)星地鏈路的邊在小尺度時(shí)隙的信道容量，，為信道帶寬，為邊在小尺度時(shí)隙的信噪比，即，其中，，是噪聲功率； S333、構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸邊容量集合，包括星間數(shù)據(jù)傳輸邊容量集合和星地?cái)?shù)據(jù)傳輸邊容量，即； S334、遍歷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邊集合中的所有邊，構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邊容量集合，其中，表示邊的最大存儲(chǔ)空間； S335、構(gòu)建邊權(quán)值集合，包括數(shù)據(jù)傳輸邊容量集合和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邊容量集合，即； 步驟S4的方法如下： S41、獲取所有邊的靜態(tài)能耗，用表示任一邊在小尺度時(shí)隙內(nèi)的靜態(tài)能耗； S42、構(gòu)造所有邊的動(dòng)態(tài)能耗，用表示任一邊在小尺度時(shí)隙內(nèi)的動(dòng)態(tài)能耗，其中，； S43、構(gòu)造多資源聯(lián)合優(yōu)化問題MJO的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，其中，是01決策變量的集合，其中，表示邊在小尺度時(shí)隙被用于任務(wù)的傳輸，否則，是存儲(chǔ)策略變量的集合，表示流在小尺度時(shí)隙被分配到頂點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)的比例，其中，是任務(wù)的數(shù)據(jù)流，是功率決策變量的集合，表示系統(tǒng)總能耗，包括靜態(tài)總能耗和動(dòng)態(tài)總能耗； S44、初始化約束集，設(shè)置迭代次數(shù)和最大迭代次數(shù)； S45、構(gòu)建MJO優(yōu)化問題約束條件如下： ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 其中，為任務(wù)所有數(shù)據(jù)流的集合，即，表示對(duì)應(yīng)于頂點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，表示任務(wù)的源節(jié)點(diǎn)，表示任務(wù)的產(chǎn)生時(shí)刻對(duì)應(yīng)的小尺度時(shí)隙索引，表示任務(wù)的目的節(jié)點(diǎn)，表示任務(wù)的截止時(shí)刻對(duì)應(yīng)的小尺度時(shí)隙索引，表示任務(wù)的數(shù)據(jù)量，表示邊的最大存儲(chǔ)空間，和分別表示最大的發(fā)射功率和最小的發(fā)射功率，集合定義為； S46、將S43中構(gòu)建的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)、S45中構(gòu)建的約束與約束集中的約束輸入求解器對(duì)MJO問題進(jìn)行求解，將獲得的解記為，其中，是決策變量解的集合，是存儲(chǔ)策略變量解的集合，是功率決策變量解的集合； S47、使用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)路由問題； S471、構(gòu)建NR優(yōu)化問題的優(yōu)化目標(biāo)為，其中，為路由變量集合，即，是路由變量，表示流在小尺度時(shí)隙分配到邊進(jìn)行傳輸?shù)陌俜直龋?S472、構(gòu)建NR優(yōu)化問題的約束條件如下： ， ， ， ， 其中，； S473、根據(jù)所構(gòu)建NR優(yōu)化問題，構(gòu)建它的對(duì)偶優(yōu)化問題NR-D的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為，其中，表達(dá)式如下： 其中，是對(duì)應(yīng)于不等式約束的拉格朗日乘子的集合，即，是對(duì)應(yīng)于等式約束的拉格朗日乘子的集合，即，是對(duì)應(yīng)于不等式約束的拉格朗日乘子的集合，即； S474、構(gòu)建NR-D優(yōu)化問題的約束條件如下： ， ， ， 其中，； S475、將S473中優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)以及S474中構(gòu)建的所有約束輸入求解器對(duì)NR-D優(yōu)化問題進(jìn)行求解，將獲得的解記為，其中，是對(duì)應(yīng)于NR-D優(yōu)化問題中拉格朗日乘子的解集合，即，是對(duì)應(yīng)于NR-D優(yōu)化問題中拉格朗日乘子的解集合，即，是對(duì)應(yīng)于NR-D優(yōu)化問題中拉格朗日乘子的解集合，即； S476、計(jì)算數(shù)值并作如下判斷： 若，則說明網(wǎng)絡(luò)路由問題NR存在可行解，將S471中優(yōu)化目標(biāo)和S472中約束輸入求解器，求解出路由問題NR的最優(yōu)解，并設(shè)置迭代輪數(shù)；否則，說明網(wǎng)絡(luò)路由問題NR不存在可行解，構(gòu)建約束，并將其加入約束集，即，其中，表達(dá)式如下： ， 并設(shè)置迭代輪數(shù)； S48、判斷迭代輪數(shù)與最大迭代次數(shù)之間大小關(guān)系，具體如下： 若，則迭代結(jié)束；否則，跳轉(zhuǎn)到步驟S46進(jìn)行下一輪迭代。

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