[發明專利]一種用于星間激光通信快速組網的拓撲重構方法

有效

• 申請號: 201810270423.3
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108551398B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 顧仁濤;王海濤;邢真;戰勇杰;紀越峰;董濤;殷杰;劉志慧
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學;北京衛星信息工程研究所
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04B7/185;H04B10/118
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• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種LEO/MEO星間光鏈路的快速拓撲生成方法，該方法包括選舉集中式控制器負責全局帶寬需求及鏈路信息收集、處理及下發；初始星間鏈路按最小集規則按帶寬利用率情況進行重復迭代刪除；星間光鏈路業務承載按轉發跳數及連通度約束進行重新分配；星間光鏈路關閉冗余鏈路。在對于突發的臨時業務場景中，使用該發明可以在保持基礎QoS需求的情況下，尋找滿足業務需求的最小星間激光鏈路集，提升星間網絡部署速度及效率，實現星間激光通信的快速靈活組網。

技術領域

本發明涉及衛星間光通信領域，尤其涉及中/低地球軌道(Low/Middle EarthOrbit,LEO/MEO)雙層衛星網絡中快速組網的拓撲重構方法。

背景技術

衛星網絡作為空天地一體化網絡中的重要組成部分，具有快速提供大面積覆蓋接入的能力。伴隨當前網絡高帶寬、廣覆蓋、密集接入的發展趨勢，將多顆衛星進行組網協同提供數據通信服務具有重要意義。與單層衛星組網結構相比，組建LEO/MEO雙層衛星網絡將可具有更高的頻譜利用效率、抗毀性以及更低的時延和更低的網絡擁塞率等特點，被視為最有應用前景以及實際部署意義的衛星組網技術之一。

然而，LEO/MEO衛星組網受到軌道高度、傾角等嚴苛限制，建立及維護衛星之間的激光束連接仍然困難。此外，在衛星在軌高速運行期間，僅有有限的時間窗口供星間鏈路建立。雖然一些研究集中在更準確和精確的激光指向和跟蹤上以減少星間鏈路建立難度，但星間鏈路建立仍需滿足快速反應條件。傳統的相對固定和冗余的星間鏈路可以降低鏈路建立和恢復時間，但也會造成額外的光譜資源浪費和能量消耗，并無法滿足對于緊急情況下的多個臨時業務的快速響應。

因此，本發明從LEO/MEO衛星網絡快速組網需求出發，提出了一種用于星間激光通信快速組網的拓撲重構方法，該發明可在保證網絡時延和連通度的限制的同時，降低星間冗余鏈路數目，以提升星間網絡部署速度及效率，盡最大可能的保證數據的無間斷傳輸。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種LEO/MEO星間光鏈路的快速拓撲生成方法，用于星間激光通信的快速組網，以提升星間網絡部署速度及效率，盡最大可能的保證數據的無間斷傳輸。所述方法包括以下步驟：

S1集中控制節點在衛星運行相對位置動態變化的一個周期內，根據需求選取一定數量的時隙，每個時隙即對應一個衛星通信節點的靜態狀態，初始化全局拓撲信息以及星間通信業務帶寬信息；

S2根據每個狀態中的衛星相對位置以及激光器數量，得到該狀態下所有可能建立的衛星間激光鏈路集合，該集合即為初始冗余星間鏈路集；

S3將所有業務需求按照最短路徑，分配至當前初始冗余星間鏈路集所構成的星間網絡中；S4根據具體的業務服務質量要求，計算網絡時延限制和網絡連通度限制；

S5以當前拓撲星間鏈路集作為當前待裁剪星間鏈路集，計算所有鏈路的帶寬利用率，即鏈路上分配帶寬與總帶寬之比；

S6查找得到最小帶寬利用率的鏈路；

S7將所述的最小帶寬利用率的鏈路從所述的當前待裁剪星間鏈路集所構成的網絡中臨時刪除；

S8進行網絡狀態評估，評估所述的最小帶寬利用率的鏈路被臨時刪除后，當前網絡業務是否仍能滿足所述的網絡時延限制和網絡連通度限制且能夠完成承載；

S9若刪除后當前網絡能承載全部業務需求，則從當前待裁剪星間鏈路集中刪掉該鏈路，關閉此星間鏈路，并以刪除后的星間鏈路集為最新的當前待裁剪星間連路集，返回S5；

S10若刪除后當前網絡不能承載全部業務需求，則采用擴大轉發次數的方式進行流量重新計算，對這些鏈路上的業務進行路由重定向調整；為了保證鏈路拓撲生成快速收斂，上述過程忽略鏈路負載均衡需求。

其中，