技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的雙層拓?fù)渎酚煞椒ā?/p>

背景技術(shù)

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以其全球覆蓋性及數(shù)據(jù)傳輸高效性，在軍事、商業(yè)及個(gè)人通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸能夠減輕地面節(jié)點(diǎn)的通信負(fù)擔(dān)，衛(wèi)星具有良好的星上數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)發(fā)能力，利用星間鏈路可以完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速、準(zhǔn)確的傳送。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)面臨的一個(gè)最大挑戰(zhàn)便是由衛(wèi)星自身軌道運(yùn)行形成的時(shí)變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌l(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的時(shí)變性直接導(dǎo)致了星間鏈路的不穩(wěn)定性以及網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延的增加，同時(shí)也增大了時(shí)延抖動(dòng)。

衛(wèi)星的運(yùn)行軌道紛繁復(fù)雜，地球同步衛(wèi)星軌道與低地球軌道、中地球軌道的融合在增加了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的同時(shí)，因其能夠結(jié)合不同軌道衛(wèi)星的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以構(gòu)建出多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以提高衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的多方面性能。由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的距離遠(yuǎn)，且低軌道衛(wèi)星運(yùn)行至極區(qū)上空時(shí)星間鏈路存在斷續(xù)的變化，因此衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由算法需要綜合考慮衛(wèi)星本身的軌跡運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)流量自身特征以及網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前擁塞情況等關(guān)鍵因素。通過對(duì)源端與目的端節(jié)點(diǎn)的地理位置考察、對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前排隊(duì)時(shí)延的捕捉分析以及對(duì)于路徑復(fù)雜程度的綜合考量，需要在數(shù)據(jù)流量與傳播時(shí)延兩者之間達(dá)到平衡，從而得到滿足業(yè)務(wù)需求的路由路徑，對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的通信性能進(jìn)行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種基于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的雙層拓?fù)渎酚煞椒ǎㄈ缦虏襟E：

步驟一：構(gòu)建雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括低地球軌道和地球同步軌道，根據(jù)不同衛(wèi)星軌道對(duì)LEO衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)和GEO衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組，在地球同步軌道與低地球軌道中計(jì)算路由路徑，通過對(duì)經(jīng)由所述路由路徑發(fā)送數(shù)據(jù)的端到端時(shí)延、丟包率評(píng)估星間鏈路路由的性能；

步驟二：根據(jù)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)所處的地理位置、源端節(jié)點(diǎn)到目的端節(jié)點(diǎn)路徑所需經(jīng)歷的跳數(shù)、星間鏈路的擁塞情況來計(jì)算衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的有效鏈接及可用度權(quán)值；

步驟三：結(jié)合低軌道衛(wèi)星初始計(jì)算鏈路的可用度權(quán)值以及源端節(jié)點(diǎn)和目的端節(jié)點(diǎn)的可用度權(quán)值，計(jì)算星間鏈路數(shù)據(jù)傳送的總代價(jià)，以總代價(jià)最小、可用度最高的路徑建立數(shù)據(jù)傳送；

步驟四：根據(jù)低地球軌道衛(wèi)星的忙碌度、路由路徑的復(fù)雜度，篩選滿足業(yè)務(wù)需求的地球同步軌道衛(wèi)星參與數(shù)據(jù)傳送，得到雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渎酚伞?/p>

本發(fā)明提出的所述基于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的雙層拓?fù)渎酚煞椒ㄖ校襟E一中對(duì)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)分組包括如下步驟：

步驟1a：GEO衛(wèi)星建立一個(gè)分組，位于同一平面內(nèi)的LEO衛(wèi)星以地球自轉(zhuǎn)軸為界限分為兩組；

步驟1b：當(dāng)一顆LEO衛(wèi)星僅與一枚GEO衛(wèi)星通信時(shí)，則所述LEO衛(wèi)星與所述GEO衛(wèi)星建立通信，并傳送路由表信息；

步驟1c：當(dāng)一顆LEO衛(wèi)星與兩枚GEO衛(wèi)星彼此可見時(shí)，選擇經(jīng)度差較小的GEO衛(wèi)星建立通信，并傳送路由表信息；

步驟1d：GEO衛(wèi)星統(tǒng)一維護(hù)雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由表信息。

本發(fā)明提出的所述基于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的雙層拓?fù)渎酚煞椒ㄖ校Y選滿足業(yè)務(wù)需求的地球同步軌道衛(wèi)星參與數(shù)據(jù)傳送包括如下篩選步驟：

步驟4a：源端節(jié)點(diǎn)與目的端節(jié)點(diǎn)是否均不位于極區(qū)內(nèi)，若否則僅LEO衛(wèi)星參與路由；

步驟4b：計(jì)算路徑中參與路由的單層低軌道衛(wèi)星數(shù)目是否超過閾值；若否則僅LEO衛(wèi)星參與路由；

步驟4c：計(jì)算低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前排隊(duì)時(shí)延；若時(shí)延高于時(shí)間閾值則僅LEO衛(wèi)星參與路由；

步驟4d：GEO衛(wèi)星與LEO衛(wèi)星公共參與路由，得到雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渎酚伞?/p>

本發(fā)明提出的所述基于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的雙層拓?fù)渎酚煞椒ㄖ校襟E4b中閾值是根據(jù)對(duì)單層低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的端到端時(shí)延的對(duì)比計(jì)算得到，兩種衛(wèi)星軌道中各衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的端到端時(shí)延，以如下公式表示：

T_GEO＝D_UDL+D′_ISL+D_P

上式中，T_Total和T_GEO分別表示低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的端到端路由時(shí)延，D_UDL表示從地面節(jié)點(diǎn)到衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的往返時(shí)延，D_ISL表示低軌道衛(wèi)星之間的傳播時(shí)延，D_P表示星上處理數(shù)據(jù)所需時(shí)間，D′_ISL表示低軌道衛(wèi)星與地球同步軌道衛(wèi)星之間的數(shù)據(jù)傳播時(shí)延。