低轨卫星网络星间链路分配方法
【专利摘要】本发明是一种适用于低轨卫星网络的星间链路分配方法，其中，综合加权分配方法很好的解决了单颗卫星在选择可视卫星时面临的取舍，基于星间距离、距离变化率、可视时间长度、剩余信道(或带宽)资源的综合加权方法可以通过加权系数的改变满足不同的通信需求。基于链路稳定性的综合加权链路分配方法在综合加权的基础上，通过增加卫星网络的平均连接度大小的方法，尽可能地提高了星间链路的稳定。本发明从单个卫星节点和卫星网络整体通信质量出发，解决了低轨卫星在星上波束有限情况下的星间链路分配问题，使得搭建的卫星网络在运行的时候具有较小的通信时延，较低的链路切换，高效的星上资源利用率，并且拥有较好的链路稳定性。
【专利说明】低轨卫星网络星间链路分配方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于低轨卫星网络的星间链路分配方法，本发明综合考虑低轨卫星网络拓扑的几何特性以及星间链路的通信质量问题，利用综合加权思想实现星间链路的分配，并在综合加权基础上考虑链路稳定性来改进星间链路的分配，该方法尽可能地减小了链路时延，减少了星间链路的切换次数，提高了整体网络拓扑结构的稳定性，属于卫星通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002]和地面通信网络一样，卫星通信网络也在进行着高速的变化发展，传统的语音业务占总体业务比重会越来越少，类似多媒体业务的高带宽业务会越来越多，为顺应发展需求，新一代的卫星通信网络要求有更强的星上处理和交换能力，并利用星间链路实现卫星间的互联来降低对地面网络的依赖程度，使得卫星通信网能够更加灵活地为全球用户提供服务。
[0003]星间链路属于无线点对点链路，可以采用微波、毫米波或激光链路，它在卫星之间构成通信链路，从而现卫星之间的信息交换。通过星间链路把多颗卫星互联在一起，就可以形成一个以卫星作为交换结点的空间通信网络。
[0004]良好的星间链路分配方法，能以较快的速度实现星间链路的建立，并使之具有较小的链路时延和较少的链路切换。建立高效的星间链路分配方法，尽可能地减少卫星网络拓扑重构次数，提高网络拓扑结构的稳定性，是非常有价值的研究课题。
[0005]由于卫星可搭载的天线数量有限，导致星上波束数量通常小于可建立星间链路的卫星数量，面临的问题就是如何利用有限的星上波束资源高效地搭建星间链路，使之具有较小的链路时延和较少的链路切换，从而提高卫星网络的通信质量。
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明提供了一种适用于低轨卫星网络的星间链路分配方法，方法结合低轨卫星网络的拓扑结构，从链路时延、链路切换、链路整体稳定性等方面综合分析影响星间链路性能的因素，得出了一种兼顾链路稳定性的综合加权链路分配方法。本发明很好地结合了星间链路的有效性与稳定性，解决了低轨卫星网络在星上波束有限的情况下的星间链路分配问题。
[0007]技术方案:本发明在已有的星间链路分配方法的基础上，根据低轨卫星网络特点，对剩余可视时间、剩余星上资源(信道或者带宽)、可视距离、可视距离变化率进行了综合加权分析，提出了一种综合加权分配方法，并在在卫星依据综合加权方法完成星间链路的初步分配后，通过分析网络节点的平均连接度大小，提出了基于链路稳定性的综合加权链路分配方法，解决了低轨卫星网络在星上波束有限的情况下的星间链路分配问题。
[0008]一、体系结构
[0009]低轨卫星网络星间链路分配方法采用的卫星网络体系结构如图1所示，采用低轨道单层卫星星座结构作为链路分配的框架，其中使用Satellite i来表示该结构中的某一卫星节点，涉及的星间链路类型主要有两种:轨内链路、轨间链路。
[0010]二、相关标记与定义
[0011]标记:
[0012].Si (0< = i〈n):卫星编号,η为卫星总个数；
[0013].h:两颗卫星之间的连线到地心O的距离；
[0014].H:电离层厚度；
[0015].R:地球半径；
[0016].V1:t时刻Sif点的可视卫星集合；
[0017].C:连接度表，存储每颗卫星的连接度值；
[0018].Cmax、C1:卫星的最大连接度和卫星Si的连接度；
[0019].T:剩余可视时间
[0020].Dw:可视距离关于时间t的函数
[0021]* D':可视距离变化率
[0022].R:剩余信道资源
[0023]定义:
[0024]综合加权函数:
【权利要求】
1.一种低轨卫星网络星间链路分配方法，其特征在于该方法在基于链路稳定性的综合加权链路分配方法下，卫星网络在时间片tn~tn+1内执行链路分配的具体步骤是: 步骤1:初始化编号i和连接度表T，其中置i的初始值为O，置T中各颗卫星的初始连接度为O ; 步骤2:令编号i = i+Ι ; 步骤3:判断卫星Si的连接度Ci是否小于Cmax,如果小于转至步骤4，否则转至步骤2 ；步骤4:根据可视性条件:h > R+H，对卫星Si进行星间可视性分析并得到卫星Si的可视卫星集合Vi,其中h表示两颗卫星之间的连线到地心O的距离，R表示地球半径，H表示电尚层闻度； 步骤5:根据综合加权函数:
P(t):t时刻的加权函数值； Tk:卫星k的当前剩余可视时间；Tmax:当前最长剩余可视时间； Dk:卫星k的当前可视距离；Dmin:当前最短可视距离；分别计 D；:卫星k的当前可视距离变化率；D’ max/D’ min:当前最大/最小可视距离变化率； Rk:卫星k的当前剩余信道资源；Rmax:当前最多剩余信道资源； α/β/x:时间加权系数/距离加权系数/资源加权系数； 算当前可视卫星集合Vi中每颗卫星的加权函数值P，其中加权系数α，β，X的值可以根据卫星网络的需求进行调整，如果α: β: X = 1:1:1则表示时间、距离、资源三者的权值相同；完成计算后依照函数值P的大小对Vi中的卫星进行降序排列； 步骤6:从Vi中选择P值最大的卫星Sk，判断Sk的连接度Ck是否小于Cmax,若是转至步骤7，否则转至步骤8; 步骤7:建立卫星Si和Sk的星间链路，并判断Si的连接度Ci是否小于Cmax-1,若是转至步骤8，否则更新两颗卫星的连接度表T，将卫星Si和Sk的连接度加1，并转至步骤9 ； 步骤8:更新集合Vi，将已经处理的卫星Si从集合中排除，判断此时Vi是否存在剩余可视卫星，若是转至步骤6，否则返回步骤2 ； 步骤9:检查连接度表T中是否存在连接度小于Cmax的卫星，若存在转至步骤10，否则结束链路分配； 步骤10:判断步骤9中的卫星是否存在两两可视，若存在则建立链路，否则结束链路分配。
【文档编号】H04B7/185GK104079341SQ201410313584
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】孙力娟, 周泽华, 王汝传, 周剑, 肖甫, 叶晓国, 郭剑 申请人:南京邮电大学