1.一种基于加权时空图的双层卫星网络连接计划设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤101、通过分析静止轨道GEO卫星的覆盖区域以及不同轨道卫星之间的物理可见性，基于深度优先搜索DFS和剪枝遍历相关约束下网络中存在的各类连接，找到任意两个卫星节点之间存在的路径；

步骤102、在空间连接建立的基本约束条件下，根据低轨LEO卫星的周期性运动以及网络拓扑结构和节点间相对位置的动态变化关系，考虑空间中连接的权重设计加权时空图建模动态网络；

步骤103、时空图中的连接综合考虑以成本、能效和不可靠性为权重，根据传输数据所消耗的能源量化连接成本，根据连接容量和数据流量定义连接能效，根据物理层技术评估连接不可靠性，得到时空图中每个时间和空间连接的权重；

步骤104、在满足网络连通性和可靠性约束的模型下，以最小成本、最大能效、最小成本效率比为目标，引入贪婪算法设计基于加权时空图的连接计划；

所述步骤101通过分析GEO卫星的覆盖区域以及不同轨道卫星之间的物理可见性，基于DFS和剪枝遍历相关约束下网络中存在的各类连接，找到任意两个卫星节点之间存在的路径，具体包括以下步骤：(1)GEO卫星覆盖区域划分；

计算LEO层GEO足印区域的半边中心角λ以及GEO星下点与LEO的地心夹角∠A'OB，LEO层GEO覆盖区域的半边中心角λ表示式(1)：其中，R为地球半径，hG、hL分别为GEO和LEO卫星的轨道高度，εmin为LEO与GEO卫星之间的最小仰角；

GEO星下点与LEO的地心夹角通过式(2)表示：

其中，|A'B|指GEO卫星位于LEO层的星下点与LEO的间距；

当LEO卫星满足GEO星下点与该LEO的地心夹角小于半边中心角的条件(3)，则表示该LEO位于GEO覆盖范围；

∠A'OB≤λ         (3)

(2)卫星的物理可见性判断；

已知卫星Si和卫星Sj的地理位置坐标分别为 则两卫星与地面形成的地心夹角θ可通过式(4)计算得到：

已知地心夹角θ，通过式(5)‑(7)计算出卫星节点对(Si,Sj)之间的间距Li,j以及各自的仰角δi和δj：其中，Ri和Rj分别为卫星Si和卫星Sj的轨道半径；

通过上述推导计算瞬时卫星Si和卫星Sj之间的连接与地心角的垂直高度hi,j：hi,j＝Ricos(δi)＝Rjcos(δj)        (8)；

所述步骤(1)GEO覆盖区域划分步骤中，在任意时刻，LEO可能同时位于2‑3颗GEO卫星的覆盖范围内，为了避免每个GEO重复连接到一颗LEO卫星，对LEO卫星有以下限制条件：当一颗LEO卫星同时位于2‑3个GEO卫星的足印区域内，则LEO选择距离最近的GEO，归属于该GEO的覆盖范围内；

所述步骤(2)卫星的物理可见性判断步骤中：

不同轨道高度的卫星可见性由卫星节点对之间的瞬时空间连接与地心角的垂直高度hi,j决定；当hi,j大于地球半径R时，卫星Si和卫星Sj是物理可见的，即表示此时卫星Si和Sj可建立连接；由于地球上空大气层信号的衰减及干扰，卫星之间的连接受到大气层的影响，在判断空间连接是否可建立时，不仅要依据建立空间连接的物理可见性临界条件，同时要考虑保护余隙H，以此减小大气层影响造成的误差，因此，当且仅当满足式(9)，不同轨道平面的卫星之间才可以建立空间连接：hi,j≥R+H          (9)

在双层卫星网络中，在同一轨道内卫星的距离是均匀分布的且具有相同的运行速度，因此，在同一轨道内卫星之间相对位置的变化可以忽略，空间连接能够稳定并一直持续；

所述的深度优先搜索和剪枝包括(1)对于新发现的卫星节点Sv，访问该节点；(2)如果Sv有一条未被检测的连接，则遍历该连接并将相邻节点作为下一起点；(3)将相邻节点作为顶点，继续沿着这个连接进行检测，直到搜索完节点Sv的所有连接；(4)重复遍历的过程，直到网络中所有节点和相通路径都被访问，最终搜索到网络的初始拓扑；(5)将初始拓扑作为输入，根据各类连接的相关约束条件，灵活设计并优化相应的搜索规则，通过剪枝以排除无效或不满足的条件的连接，从而对DFS得到的初始拓扑进行优化；

所述步骤102，在基本空间连接建立的基本约束条件下，根据LEO卫星的周期性运动以及网络拓扑结构和节点间相对位置的动态变化关系，考虑空间中连接的权重设计加权时空图建模动态网络，具体包括以下步骤：(1)按照LEO卫星的周期将动态网络划分为多个快照时隙；

假设低轨卫星的运动周期为T，并且将该周期划分为离散等间隔的时间段{T1,T2,…,t t tTn}，设G＝(V ,E)是一个有向图表示网络在时隙t的快照，在每个快照中网络拓扑是固定t不变的，将动态网络建模为一系列快照集合{G|t＝1,2,…,T}；

(2)将快照序列转换为加权时空图；

t

将快照序列{G|t＝1,2,…,T}转换成加权时空图，在相邻层之间添加空间和时间连接，空间连接 指节点vi与节点vj在t时隙中存在的连接，表示在t时隙中节点vi向另一个节点vj传输信息，时间连接 指连接同一节点vi，表示在时隙t期间存储信息，时空图中的连接集合为 通过定义加权时空图，可以获得网络中各空间连接的权重以及能够捕捉时变网络中的拓扑变化；

所述步骤103时空图中的连接权重综合考虑成本、能效以及不可靠性，根据传输数据所消耗的能源量化连接成本，根据连接容量和数据流量定义连接能效，根据物理层技术评估连接不可靠性，得到时空图中每个时间和空间连接的权重，具体步骤如下：(1)成本

对于空间连接，成本是该连接传递数据的能源消耗如式(10)所示，表示通过连接传输数据的等效功耗，对于时间连接，成本对应于存储数据的能量消耗如式(11)所示：其中，其中Pw为空间连接的恒定传输功率，Ps为时间连接的恒定传输功率，为连接所传输的实际数据量， 为能够传输的最大数据量；

(2)能效

对于空间连接，能效与传输的数据相关通过式(12)表示；对于时间连接，能效与剩余存储空间相关联由式(13)表示；

其中， 为连接的容量， 为能够传输的最大数据量；

(3)成本效率比

t t t

一个连接的成本效率比由φ(e)＝c(e)/ε(e)表示，一个时空图G＝(V ,E)的成本效率t比φ(G)是所有连接成本效率比的平均值，即 mean表示平均值，一条路径 的成本效率比为该路径上所有连接成本效率比的平均值通过式(14)表示：其中， 表示在时空图G中，从t＝0时刻到t＝T源节点 到目的节点 经过的路径p；

(4)不可靠性

定义各连接的不可靠性概率为u(e)；空间连接在物理层通过连接估计技术得到各连接的不可靠概率如式(15)；对于每个时间连接，u(e)表示存储数据错误的概率，假设所有时间连接都是完全可靠的，即u(e)＝0；

所述步骤104，在满足网络连通性和可靠性约束的模型下，以最小成本、最大能效、最小成本效率比为目标，引入贪婪算法设计基于加权时空图的连接计划，具体步骤如下：按照LEO卫星的周期将动态网络建模为加权时空图，以最小成本/最大能效/最小成本效率为目标，在满足连通性和可靠性的约束性下，通过贪婪算法构造基于加权时空图的连t t t接计划；最小成本/最大能效/最小成本效率算法思想是在时空图G＝(V ,E)中，搜寻每对节点 找出所有具有最小成本/最大能效/最小成本效率的可靠连接，将其列入连接计划；要求该路径的不可靠性要低于所设定的临界值β，因此将其标识为为了找到从节点 到 的可靠路径；路径从源节点到目标节点，每次构造一个节点；部分构造路径头部的任何节点都可以选择添加两个可供选择的输出连接中的一个， 有两个选择 和 当添加的下一个连接 其路径可靠性满足则 被选择；然后将选中的节点作为当前部分构造路径的头部，继续选择下一个节点；通过这些选择，最终构建了从 到 的路径；当全局的节点都被选择，且网络拓扑中任意节点对之间具有连接，则表示得到的最终连接计划；

所述贪婪算法包括(1)将优化目标以及相关约束建立数学模型；(2)把设计网络中所有节点对之间的连接计划问题划分为求一对节点连接计划的子问题；(3)对每个子问题分别求解，并将该对节点标注已解决，得到每个子问题的局部最优解；(4)直到所有节点都被标注，把子问题的局部最优解合成为初始问题的一个解。

2.根据权利要求1所述的一种基于加权时空图的双层卫星网络连接计划设计方法，其特征在于，得到的连接计划能够满足以下目标：(1)根据全连通的时空图G分别构造最小成本、最大能效、最小成本效率比的三个子图Gs；(2)Gs仍然是连通的；(3)Gs的不可靠度是小于所设定的下界β。