[發(fā)明專利]面向Walker星座的Mobius星座拓?fù)錁?gòu)型構(gòu)造方法、系統(tǒng)及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010628252.4
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111953512B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盛敏;王占偉;白衛(wèi)崗;李建東;周笛;史琰;吳家鑫;畢媛媛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04L41/12
• 分類號: H04L41/12;H04L41/0823;H04W84/06
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 何畏

本發(fā)明屬于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種面向Walker星座的Mobius星座拓?fù)錁?gòu)型構(gòu)造方法、系統(tǒng)及應(yīng)用。其實現(xiàn)方案是：初始化Walker星座的參數(shù)和衛(wèi)星天線建鏈約束，并對所有衛(wèi)星進(jìn)行編號；根據(jù)星座參數(shù)和建鏈約束，計算每顆衛(wèi)星的可建鏈集合；在異軌可建鏈集合中尋找可以構(gòu)建Mobius星座拓?fù)錁?gòu)型的建鏈方式，生成鏈路組合集合；根據(jù)鏈路組合集合建立Walker星座的同軌和異軌星間鏈路，構(gòu)造Mobius星座拓?fù)錁?gòu)型。本發(fā)明縮短了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的平均路徑跳數(shù)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的連通性，降低了網(wǎng)絡(luò)的平均端到端時延，提升了Walker星座空間段的信息承載能力。本發(fā)明給出了Walker星座在“一星四鏈”模式下連通性最優(yōu)的拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)，降低了路由成本，提升了網(wǎng)絡(luò)的性價比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向Walker星座的Mobius星座拓?fù)錁?gòu)型構(gòu)造方法、系統(tǒng)及應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，Walker星座是一類均勻?qū)ΨQ且具有良好對地覆蓋特性的圓形軌道星座，其設(shè)計初衷是利用盡可能少的衛(wèi)星實現(xiàn)全球的高效覆蓋。隨著6G時代的來臨，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)不僅需要良好的覆蓋特性，還需要衛(wèi)星之間建立可靠的傳輸鏈路，實現(xiàn)星座的空間段組網(wǎng)，以此滿足網(wǎng)絡(luò)具有高通量、低時延、負(fù)載均衡等多種Qos指標(biāo)。這為Walker星座的空間拓?fù)湓O(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)。

目前基于Walker星座的空間拓?fù)渲饕譃閯討B(tài)規(guī)劃的星間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖珊挽o態(tài)的星間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計。第一種動態(tài)建鏈規(guī)劃利用仿真軟件，根據(jù)衛(wèi)星的軌道信息和建鏈約束動態(tài)的生成最優(yōu)的星座拓?fù)?。利用時間拓展圖等將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝衅謺r隙刻畫Walker星座的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但是該方法只能關(guān)注某個確定Walker星座，導(dǎo)出其時變的拓?fù)?。而且隨著星座規(guī)模的逐步增加，拓?fù)涞淖兓宇l繁，星座拓?fù)鋽?shù)增加，星間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜度更高，常規(guī)的路由算法求解困難。第二種方法著眼于Walker星座的均勻?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，按照“一星四鏈”的原則生成靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹ＴS多研究工作用2D-Torus或者M(jìn)esh這種高度對稱的超平面結(jié)構(gòu)建模Walker星座的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌⑦M(jìn)行了路由、網(wǎng)絡(luò)容量等深入研究。但是絕大部分Walker星座的靜態(tài)拓?fù)洳⒉荒苡成涑蒑esh或2D-Torus拓?fù)?，或者形成該類拓?fù)鋵⒉环闲l(wèi)星間建鏈的約束。更值得關(guān)注的是，在滿足建鏈約束和固定網(wǎng)絡(luò)的鏈路數(shù)目的前提下，即便2D-Torus的拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)于Mesh，但多數(shù)情況下2D-Torus拓?fù)洳⒎鞘荳alker星座的最佳選擇。因為2D-Torus拓?fù)涞钠骄窂教鴶?shù)會更大，使得整網(wǎng)的路由代價增大?；诖?，根據(jù)Walker星座參數(shù)和建鏈約束，Walker星座的靜態(tài)星間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓鼞?yīng)該設(shè)計成Mobius拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。相對于2D-Torus拓?fù)?，Mobius拓?fù)淇s短了整網(wǎng)的平均路徑跳數(shù)，降低了網(wǎng)絡(luò)的路由代價。

通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：

(1)現(xiàn)有Walker星座的星間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜度高、星間網(wǎng)絡(luò)路由的路徑長度和端到端時延較大。

(2)現(xiàn)有技術(shù)對Walker星座拓?fù)涿枋鰪?fù)雜度高、星間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪苄У汀?/p>

解決以上問題及缺陷的難度為：

(1)在設(shè)計Walker星座的過程中，衛(wèi)星數(shù)目和軌道數(shù)等參數(shù)的變化，使得最優(yōu)拓?fù)潆S網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變動，不利于Mobius星座拓?fù)錁?gòu)型的搭建。

(2)Walker星座內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點眾多，即便存在建鏈約束，仍舊存在復(fù)雜的可建鏈選擇，不利于拓?fù)涞淖顑?yōu)設(shè)計。

解決以上問題及缺陷的意義為：基于Mobius星座拓?fù)錁?gòu)型的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)的平均端到端時延更低，這將降低網(wǎng)絡(luò)的路由成本，提升衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的信息承載能力。與此同時，隨著衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增加，最優(yōu)設(shè)計的星間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵砭薮蟮男阅茉鲆妫虼税l(fā)明一種面向Walker星座的星間網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)拓?fù)湓O(shè)計方法是必要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種面向Walker星座的Mobius星座拓?fù)錁?gòu)型構(gòu)造方法、系統(tǒng)及應(yīng)用。