[發明專利]一種多層衛星網絡系統路由設定方法

無效

• 申請號: 200810066140.3
• 申請日: 2008-03-21
• 公開（公告）號: CN101299713A
• 公開（公告）日: 2008-11-05
• 發明（設計）人: 李暉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56;H04L12/44;H04B7/185
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所
• 代理人: 胡吉科

技術領域

本發明屬于深空通信領域，具體涉及一種多層衛星網絡系統路由設定方法。

背景技術

早期的衛星通信往往采用單顆靜止軌道衛星，該衛星軌道高度約為35786千米，軌道傾角0度，位于赤道上空一定經度位置上，相對地面靜止。靜止軌道衛星軌道高、覆蓋范圍大，但是由于星-地之間的通信距離大，鏈路易受損，不支持地面手持機等小功率用戶。同時由于靜止軌道衛星軌道傾角為0度，不能覆蓋極地地區，高緯度地區通信仰角小、通信質量難以保證。衛星星間鏈路技術的出現使得靜止軌道衛星構成網絡，星間能夠進行通信。靜止軌道衛星網絡的設計方法較為簡單，只要確定由幾顆衛星能夠構成網絡、衛星所在的經度位置即可，其他參數都是相對確定的。

中軌衛星位于兩個范·艾倫帶之間的軌道上，星座一般由十幾顆衛星構成，單顆可視時間達1～2小時。作為靜止軌道衛星和低軌衛星的折衷，中軌衛星雙跳傳輸時延大于低軌衛星，但作為一個網絡，考慮整個星間鏈路長度、星上處理和上下行鏈路等因素，中軌衛星網絡時延性能可能優于低軌衛星網絡。同時，相對于低軌衛星，中軌衛星切換概率低、多普勒效應較小，軌道控制系統和天線跟瞄系統簡化，一般能獲得20～30度通信仰角。

低軌衛星分布在500～2000千米的圓或橢圓軌道上，增個衛星通信網絡一般由幾十顆衛星組成。單顆衛星可見時間短，需要波束切換和衛星切換。低軌衛星優點很多，因為軌道低，星間鏈路性能優越，傳輸時延小，同時小衛星技術的應用使得衛星體積較小，便于發射。但是，低軌衛星組成的網絡建設周期長，空間控制系統相對復雜，系統投資巨大。同時，數目眾多的信關站需要快速跟瞄系統，需要考慮多普勒效應。衛星軌道低，通信仰角為10度左右，因為仰角的快速變化，信號傳輸路徑有差異。

考慮到極軌道或近極軌道如π型星座的軌道，在相向運動的軌道間存在“縫隙”，在縫隙兩側衛星因為相向運動，無法建立軌道間鏈路；同時軌道間鏈路在極地上空要關閉，因為在極地上空，相鄰衛星軌道交叉，星間距離變化迅速，無法建立星間鏈路。

另外，在研究過程中發現，單層衛星網絡特別是低軌(LEO：Low?EarthOrbit)和中軌(MEO：Medium?Earth?Orbit)衛星網絡，兩顆衛星空間距離很近，但是因為沒有星間鏈路(ISL：Inter-Satellite?Link)直接連接，使得不能直接通信，必須通過若干ISL建立的衛星路徑才能完成通信，這樣不但不能滿足通信服務指令(QoS：Quality?of?Service)，而且浪費了大量系統和星上資源，甚至造成鏈路阻塞。

為了有效的解決上述技術問題許多研究機構在進行衛星層間鏈路的試驗，歐洲SILEX試驗中LEO衛星SPOT?IV同GEO衛星Artemis通過0.8μm的星間鏈路以50Mbps的速率通信，后繼實驗由Artemis和日本的OICETS衛星進行的星間通信實驗完成，兩個實驗的ISL均為LEO到GEO衛星光學鏈路，美國也進行了類似的ISL試驗。其它計劃如Motorola將Celestri低軌衛星系統同GEO衛星結合，構成混合衛星網絡，13顆LEO衛星和6顆MEO衛星共同組成了Rostelesat星座，GESN、GNSS/Galileo和West系統均由數目不同的MEO/GEO衛星構成等。

多層衛星網絡(MLSN：Multi?layer?satellite?networks)在上世紀90年代后期成為研究的熱點。Kimura提出一種雙層(LEO和MEO)衛星星座，比較了極軌道和傾斜軌道星座的差別，通過多覆蓋和增加仰角的方法，保證通信的可靠性要求，但衛星數量巨大。

發明內容

為了解決現有技術中存在的衛星網絡系統龐大、造成大量系統和星上資源浪費，傳輸過程中時延長、容易造成鏈路阻塞等技術問題，本發明提供了一種多層衛星網絡系統路由設定方法。

本發明解決現有技術問題所采用的方案為提供一種多層衛星網絡系統路由設定方法，所述路由設定方法包括步驟：第一步、設定參數，進行網絡初始化；第二步、固定一時刻t_k，在該時間區間Δt，求解衛星軌道參量，計算衛星位置坐標和星間鏈路長度，建立網絡拓撲結構；第三步、按照設定的業務模型，計算所述多層衛星網絡的星間鏈路負載。第四步、根據排隊理論計算星上處理和交換的時延；第五步、根據地面源目標位置，尋找每個衛星層中源衛星和目標衛星；第六步、根據通信服務指令需求和網絡狀態選擇傳輸業務的衛星層，按照路由算法，尋找最優路徑。