[發明專利]基于混合策略的動態星間網絡路由規劃方法

有效

• 申請號: 201710556487.5
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107302396B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 劉曉路;姚鋒;張忠山;閆俊剛;賀仁杰;邢立寧;王濤;陳宇寧;呂濟民;陳成;陳盈果;褚驍庚;何永明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L12/721;H04L12/733
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種基于混合策略的動態星間網絡路由規劃方法，實施步驟包括：以導航衛星集合S中的未規劃衛星s為起始星，從第一個時隙或跳數開始，在每個時隙或跳數中，搜索與起始衛星集合中每顆衛星在本時隙或跳數下有測量鏈路的目的衛星，然后對所有在本時隙或跳數能到達的目的衛星中的所有可到達路徑中選取跳數或時間最短的路徑作為該目的衛星的路由路徑，并將該目的衛星加入起始衛星集合參與下一次搜索，直到所有目的衛星的路由路徑全部找到，其輸入數據為拓撲結構T和導航衛星集合S，輸出結果為星間路由集合SR。本發明能夠實現使數據在星間鏈路傳輸中花費的時間最短且跳數最短。

技術領域

本發明涉及航空航天導航衛星任務規劃技術，具體涉及一種基于混合策略的動態星間網絡路由規劃方法。

背景技術

導航系統星間鏈路是通過無線電發射和接收設備，實現導航衛星之間雙向測距和數據交換的星載系統。通過星間鏈路，不僅可以利用星間精密測距改善地面定軌網絡在幾何布局上的限制，提高導航衛星的定軌和時間同步精度，還可以利用星間數據傳輸提高導航星歷的更新頻度，大幅提高衛星導航系統的性能水平。建設星間鏈路，對國土面積有限、海外建站受到限制的前提下發展具有全球競爭力的衛星導航系統具有決定性的重要意義。通過星間鏈路在導航衛星之間建立聯系，導航系統的空間段將不再是孤立衛星的組合，而是相互協同的一個整體，通過星地鏈路的配合，整個導航系統的控制段和空間段將成為一個全天候全天時的無縫網絡，提供了星地星間一體的導航系統業務運行管理模式。

作為空間基礎設施之一，圍繞星間鏈路的研究很多，包括星座設計，星座構型，天線設計及工作體制研究等，但星間鏈路的核心問題是衛星間的組網問題。組網問題的核心之一是星間網絡路由規劃。

根據采用星間天線的不同，星間鏈路有兩種不同的工作體制：持續體制和時分體制。持續體制采用點波束天線建立持續星間鏈路，時分體制采用寬波束天線建立動態星間鏈路。由于衛星數目并不多，持續體制的星間鏈路構建主要以主觀決策的方式決定，沒有復雜的建鏈規劃，因此本發明著力于解決寬波束天線下時分體制星間鏈路的路由規劃問題。

時分體制TDMA是一種常用的信道接入技術，為了避免信道沖突，將時間劃分為時間片(時隙)，網絡節點按照時隙規劃在屬于自己的時隙發送信號從而實現信道共用，因此TDMA是以不同的時隙實現通信的。

時分星間鏈路網絡傳輸有其自身特點，如圖1所示，在開始時隙，起始衛星將信息傳輸給與其建立鏈路的衛星，該時隙結束后，會有兩顆衛星擁有需要傳輸的數據包，然后將兩顆衛星也看作起始衛星，由此類推，若星座是全連通的，在經過若干個時隙后，所有目的星一定會得到傳輸的數據，即數據會到達目的地。由圖1可以看出，由于時分體制星間鏈路動態變換的特點，在傳輸過程中，不僅傳輸時間是通信要考慮的因素，傳輸跳數也將是通信要考慮的重要因素，跳數是指由源星到目的星的中轉星數目。隨著中轉星數目的增多，傳輸的不穩定性會大大提升，以誤碼率為例，單包數據傳輸誤碼率會隨著跳數迅速增加。

星間通信的優化目標是衛星與衛星之間通信代價最小。

可以用矩陣C表示通信代價矩陣。

上式中，c_i,j表示i星到j星的通信代價，當i＝j時無意義，且矩陣C不是對稱矩陣。

則整網通信總代價C_total為：

上式中，C_total表示整網通信總代價，c_i,j表示i星到j星的通信代價。

星間通信的優化目標即是最小化C_total。通信代價主要考慮跳數和時延因素，定義權重α和β分別作為跳數和時延的指標權重(α+β＝1)，則通信代價c_i,j可表示如下公式，