[發明專利]基于多目標遺傳算法的低軌衛星通信線路切換控制方法

有效

• 申請號: 202011369120.0
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112558474B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 李云;邱飛;吳廣富
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

本發明屬于低軌衛星通信領域，具體涉及一種基于多目標遺傳算法的低軌衛星通信線路切換控制方法，包括：獲取未來一段時間內終端的運行路線和當前衛星在未來一段時間內的不同位置信息，并預測單顆覆蓋衛星對終端通信連接的起始時間和切換時刻；根據單顆覆蓋衛星對終端通信連接的起始時間和切換時刻得到終端與衛星切換關系有向圖；采用Pareto多目標遺傳算法對終端與衛星切換關系有向圖中的切換路徑進行篩選，尋找最優切換路徑；根據最優切換路徑控制低軌衛星與終端的切換；本發明將預測與多屬性相結合起來，預測出一段時間內高速終端切換衛星多屬性上都較優的切換路線，可以有效的提高切換的成功率，減少切換的時間，增加切換的有效性。

技術領域

本發明屬于低軌衛星通信領域，具體涉及一種基于多目標遺傳算法的低軌衛星通信線路切換控制方法。

背景技術

近未來移動通信網絡是個性化、多樣化的無縫通信網絡，支持跨標準和跨協議接入，能夠突破空間，時間和帶寬對網絡設備的限制，充分融合數據、語音、多媒體等業務，滿足任何人在任何時間任何地點以任何方式通信。當前的通信網絡以地面蜂窩移動網絡為主，無線局域網作為補充的通信系統已經基本上可以滿足大部分用戶的需求，然而在偏遠的山區、海洋以及一些地形環境惡劣的地區，蜂窩基站難以建設，通信網絡不能全面覆蓋，使得在這些地區基本的語音和數據流量業務實現變得尤為困難，成本也大幅度上升。而且當發生重大自然災害時，地面的蜂窩基站設施容易受到嚴重的損害，進而使得無法提供應急通信服務。低軌衛星通信將成為未來通信的重中之重。

低軌衛星(Low Earth Orbit,LEO)衛星網絡通信系統如Globalstar,Iridium,Teledesic等，其軌道高度在500-2000km之間，一般需要幾十顆衛星組成星座來進行全球覆蓋，具有全球覆蓋/區域無縫覆蓋能力，不受地形地貌、地理災害等影響，具備全天候通信保障能力，且傳輸延時低。衛星軌道高度低，通信信號在鏈路間的傳輸衰落和傳播時延均大幅減小，有利于實現終端設備手持化，實現個人全球通信，可承載實時性和交互式的通信業務；同時其衛星研制和發射成本均較低，對星上技術更新和備份更換更為有利。又由存在于多條軌道上的地軌衛星通過星間鏈路組成的衛星星座，不僅保持了地面終端對衛星的大仰角(20°-56°)，避免了天線波束由于地面反射帶來的多徑衰落問題，實現了包括高緯度地區在內的全球化覆蓋；同時可通過靈活的衛星組網緩解衛星過分擁擠的問題，且提高了系統的分集增益能力和衛星鏈路的可用度。頻譜資源的復用率隨著點波束、頻率復用、蜂窩通信、多址等技術的應用發展而提高。再有就是低軌衛星系統可以實現通信的全球覆蓋，讓未來的通信朝著人們可以在任何地方于任何時間與任何人進行通信的方向發展，真正意義上達到通信全球化。

在高速運動的環境下，例如高鐵，城市地鐵或者飛機等高速移動的場景下，高速移動帶來的切換頻繁，會使終端接入成功率低，掉話率高，也會在跟大程度上降低切換成功率。又由于LEO移動通信中低軌衛星是相對地面也是高速運行的。在LEO通信系統中，高速移動終端與衛星相反運行時，高速移動終端的切換更加頻繁，掉話率會更高。現有的星間切換大都針對單個屬性進行的，切換的效果只能以犧牲其他屬性的前提下達到一種屬性的最優，所以以單屬性進行切換的方式也會因為其他屬性的太差而導致切換失敗。

發明內容

為解決以上現有技術存在的問題，本發明提出了一種基于多目標遺傳算法的低軌衛星通信線路切換控制方法，該方法包括：

S1：獲取終端的移動速度和移動方向，采用高斯-馬爾可夫算法對終端的移動速度和移動方向進行處理，得到在未來一段時間內終端的運行路線；

S2：獲取衛星當前的位置信息，采用衛星星歷預測當前衛星在未來一段時間內的不同位置信息；

S3：根據終端的運行路線和當前衛星在未來一段時間內的不同位置信息預測單顆覆蓋衛星對終端通信連接的起始時間和切換時刻；

S4：根據起始時間和切換時刻獲取各個衛星對終端通信連接的覆蓋周期間的重疊關系，根據重疊關系得到終端與衛星切換關系有向圖；