[發明專利]一種空天地一體化空間信息網絡優化傳輸方法

在審

• 申請號: 201911336807.1
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111130624A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 董飛鴻;李毅;和欣;王利利;張弛;周雄林
• 申請（專利權）人: 軍事科學院系統工程研究院網絡信息研究所
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W4/90;H04W24/06
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 劉婷

本發明涉及空間信息網絡技術領域，具體是涉及一種天空地一體化衛星/HAP/地面網絡能效優化組網傳輸方案，主要針對應急通信需求，給出了ISHT(Integrated Satellite/HAP/Terrestrial)網絡架構的組成和系統模型。用戶設備(User Equipment,UE)接收處理衛星和高空平臺(High Altitude Platform,HAP)的鏈路狀態廣播(Link?State Advertisement,LSA)信息，計算最優的發送功率，從而大幅度降低用戶和HAP的能耗。在平坦慢衰落Rician信道中，本發明使用最快梯度法和差分方程法推導了用戶和HAP最優發送功率。

技術領域

本發明涉及空間信息網絡技術領域，具體涉及一種空天地一體化空間信息網絡優化傳輸方法。

背景技術

作為信息網絡基礎設施，空間信息網絡的空間段、臨近空間段和地面段應該是一個統一的有機融合的一體化網絡。由衛星、HAP、UE(用戶終端)組成的一體化衛星/HAP/地面(ISHT)網絡優化組網問題越來越受到人們的關注。

應急通信等非常態通信被認為是空間信息網絡的重要應用場景之一。應急通信系統通過各種類型的終端和傳感器設備為災民和救援隊員提供信息傳遞服務。在災難救援過程中，應急通信網絡的信息交換能力可以為救援隊提供有力的情報 (如語音、視頻、圖片和各種環境監測數據等)支援，提高救援隊之間的協作效率和快速響應能力；還可以使災民能夠進行有效的呼救，提高救援精準度，降低災害引起的生命財產損失。在地震、洪澇等自然災害或戰爭等人為災害發生時，地面通信基礎設施遭到損毀而不能工作，在這樣的極端環境下一體化衛星/HAP 網絡架構被認為最具有應用前景，但卻遠沒有充分開放利用。與地面無線移動通信網絡相比，空間信息網絡能夠不依賴于地面基礎設施，即使地面網絡遭到損毀，衛星和HAP依然可以為災區民眾、救援隊員以及信息采集傳感器設備提供無線通信和數據傳輸服務。HAP可以實現大規模的用戶接入，靈活的網絡擴展，低時延的通信；衛星則通過回程鏈路把信息傳遞給核心網絡和救援指揮機構，因此空間信息網絡是在大規模自然和人為災害進行應急救援、災后重建過程中，建立應急通信系統的最佳方式。

對于應急通信應用，執行任務時間為幾天或數周，一般傾向于選擇更輕便靈活、響應速度快的小型UAV，這樣的平臺具有非常有限的太陽能收集和存儲能力。因此，相比于衛星平臺，在很多時候HAP不僅是功率受限系統而且是能量受限系統。進一步，由于災區的地面電力基礎設施受到損毀，電能的匱乏也是制約地面終端工作的重要因素。在HAP和用戶終端都受能量約束情況下，如何進行有效的網絡運行，深入的網絡優化，提高能量的使用效率就成為應急通信的重要研究課題，因此本章著眼研究應急場景下一體化衛星/HAP/地面網絡能效優化組網傳輸問題。

發明內容

為了實現以上目的，本發明提供了ISHT網絡架構的組成和系統模型，考慮了HAP與衛星融合的異構網絡情況下，衰落信道條件的能效傳輸問題，提出了最佳信息傳輸策略，有效解決了復雜網絡環境下網絡優化與傳輸問題，具體的技術方案如下：

1系統模型

本節建立了應急通信中ISHT網絡模型，當災難發生時可通過圖1的網絡結構搭建應急通信系統。如圖1所示系統主要包含三個部分，即空間段、臨近空間段和地面段。因此ISHT網絡是一個典型的分層系統，接下來分別對這三層進行詳細描述。

1.1空間段

空間段主要由一顆在GEO軌道的通信衛星組成，該GEO衛星可以是空間信息網絡中執行平常任務的衛星，也可以是其它系統的通信衛星，例如商業衛星通信系統或者海事衛星通信系統的衛星。在災害發生時，臨時調用/租用該衛星而不用專門為應急通信研發和發射專用的衛星，這樣不僅可以提高應急通信系統的響應速度，還可以降低應急通信系統的建設、維護和使用成本。如1所示，在應急通信中空間段發揮的主要作用包括以下四個方面：

1)把數據回傳到地面核心網絡，即：回程鏈路，一般工作在Ka/Ku頻段或為激光鏈路；