[發明專利]一種分軌分域的雙層衛星網絡系統及管理方法

在審

• 申請號: 201410727042.5
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN104601363A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 張承;劉哲;鄧暢霖;郭薇;趙艷彬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04B7/185
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種空間衛星通信技術領域，特別地涉及一種分軌分域的雙層衛星網絡系統及管理方法。

背景技術

隨著科技的發展，人們對帶寬和通信質量的要求越來越高，地面上單一的光纖網絡已經不能滿足人類的需求了。無論是政府還是個人對建立一個可靠、快速的衛星網絡的愿望越來越強烈。

衛星網絡的構建大致經歷了這幾個時期，單層GEO(Geostationary?Earth?Orbit，地球同步軌道)衛星組網、單層LEO(Low?Earth?Orbit，低地軌道)衛星或者單層MEO(Medium?Earth?Orbit，中地球軌道)衛星組網和多層衛星組網。單層GEO組網技術簡單，但是對地面通信終端要求太高而且延遲太大。單層LEO衛星或者單層MEO衛星組網由于不能直接將地面上傳統的分布式路由算法移植上去，所以采取了預存儲的靜態的路由的方式。但是這種方式對擁塞、故障等實時情況的自適應性很差。因此，人們越來越多的將注意力投向了多層衛星組網技術。而且隨著SDN思想的興起，集中管控模式越來越受到人們的青睞。

經對現有文獻檢索發現，2002年Ian?F.Akyildiz，Eylem?Ekici等人在IEEE/ACM?Transaction?On?Networking(IEEE/ACM網絡學報,TON)發表了題為“MLSR:A?Novel?Routing?Algorithm?for?Multilayered?Satellite?IP?Networks”(多層衛星網絡路由：一種新型的多層衛星IP網絡路由算法)。該文章，作者提出了一個立體多層衛星通信網架構，它由GEO衛星、MEO衛星和LEO星座構成。在周期更新或者觸發更新到來時，MEO收集來自其管理的LEO鏈路狀態信息并與自己周圍的MEO交換，然后MEO將其管理的LEO群被抽象成一個邏輯結點，然后將自己的鏈路狀態信息以及邏輯結點信息一起發送給自己的管理GEO衛星，GEO衛星作為路由協議的決策中樞，負責為其管理下的MEO衛星和LEO群形成的邏輯結點計算路由，MEO收到來自GEO的路由信息之后再根據自己的覆蓋區域內的LEO的信息為自己區域內的LEO計算路由表，而LEO衛星主要實現對地面移動終端的接入以及進行路由轉發。

又經檢索發現，2005年Chao?Chen，Eylem?Ekici等人在Wireless?Networks(無線網絡)上發表了題為“A?Routing?Protocol?for?Hierarchical?LEO/MEO?Satell?ite?IP?Networks”(一種LEO/MEO分層衛星IP網絡的路由算法)。在該文章中，作者提出了一個由MEO和LEO組成的雙層衛星網絡架構，根據LEO和MEO之間的從屬關系，將系統周期劃分成一個個小時間片，在每個時間片內，根據MEO衛星覆蓋范圍將LEO劃分成不同的群，在時間片開始的時刻，LEO衛星收集自身的鏈路狀態信息，然后發送給自己的管理MEO，MEO衛星收集自己管理域內的LEO衛星的狀態信息，處理之后在MEO之間交換這些信息，等到所有的MEO都有了全網鏈路狀態信息之后，每個MEO為自己域內的LEO衛星計算路由并下發下去。LEO衛星負責進行數據的轉發，而MEO衛星則主要負責進行管理。

以上兩者的工作都是依據高層衛星對低層衛星覆蓋關系進行分組管理，實現分層網絡鏈路的狀態信息的收集，并在組成員關系改變時或周期性地由高層衛星為低層衛星計算路由表。但是這種管理方式給高層衛星星座的復雜度和成本帶來了很高的設計要求。

為了實現對低層衛星的完全覆蓋，必須要有足夠數量的高層衛星，這就增加了整個衛星網絡的設計成本，而且也使得管理層衛星星座非常復雜。

發明內容

本發明針對現有技術及其不足，提出了一種分軌分域的雙層衛星網絡管理模式。為達到以上的目的，本發明采用的技術方案是：

首先進行分軌管理，即在每個軌道上面挑選一個簇頭，由簇頭負責對整個軌道內衛星進行管理，然后一個或者多個軌道構成一個域，由一個管理衛星進行管理。這樣大大減少了管理衛星的數目，降低了管理衛星星座的復雜度，從而降低整個衛星網絡的成本。

本發明提供一種分軌分域的雙層衛星網絡管理系統，包括：

簇頭，用于分軌管理，管理與簇頭處于同一軌道上的低層衛星組成的簇；

管理衛星，用于分域管理，管理一個或多個軌道組成的域；