[發明專利]衛星網絡系統的網絡容量估算方法

有效

• 申請號: 202011370551.9
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112600609B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 陳全;楊磊;趙勇;樊程廣;宋新;郭劍鳴;劉賢鋒
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L41/12
• 代理公司: 北京奧文知識產權代理事務所(普通合伙) 11534
• 代理人: 張文;苗麗娟

本發明公開了一種衛星網絡系統的網絡容量估算方法，包括：根據衛星星座構型參數，構建衛星網絡拓撲結構模型；根據衛星網絡鏈路連接特性和衛星運動規律，將衛星網絡運行周期劃分為多個時隙，使衛星網絡在一個時隙內的拓撲連接性保持不變；在每個時隙內，基于衛星網絡拓撲結構，根據星間鏈路建鏈方式、衛星與地面站的鏈路容量、衛星與用戶的鏈路容量、以及用戶業務量需求，通過求解網絡最大流問題，計算每個時隙的網絡容量；根據每個時隙的網絡容量，計算平均網絡容量。本發明能夠降低網絡容量估算時的計算耗費和對仿真平臺的要求，且能夠考慮星地連接約束、鏈路拓撲動態變化、鏈路容量約束和地面業務量分布的影響，保證估算結果的有效性和可信度。

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，尤其涉及一種衛星網絡系統的網絡容量估算方法。

背景技術

由于衛星可以不受地形地理條件限制地為全球任意地區用戶提供網絡服務，針對基于衛星的空間信息網絡的研究已成為當前衛星通信領域的研究熱點。在現代信息技術、網絡通信技術、控制技術的支撐下，不同軌道、種類、功能的衛星通過建立星間/星地鏈路和網絡連接，實現數據傳遞中繼、信息互聯互通，能夠形成一個可以滿足全球-全向-全時需求的天地一體化信息網絡系統。

在設計衛星網絡系統框架、建鏈模式和路由算法時，均需要利用衛星網絡系統的網絡容量來評估設計方案或設計算法的可行性和優劣性。網絡容量指的是衛星網絡系統在單位時間內將數據從源端傳輸至終端的最大數據流量，網絡容量可以衡量衛星網絡系統傳輸數據和提供服務的能力。現有的網絡容量估算方法包括基于離散事件處理數據包流轉的網絡仿真方法和基于簡單疊加的估算方法。基于離散事件處理數據包流轉的網絡仿真方法根據網絡系統運行特性和約束，建立數值仿真平臺，對網絡系統運行中各層級處理操作分別進行建模，包括網絡拓撲動態性模型、數據包轉發模型、數據包處理排隊模型和用戶業務模型等的建模；然后，在運行仿真時生成并處理大量的數據包，或對大量數據流進行尋路；最后，采用統計的方法獲得衛星網絡系統的總體網絡容量。基于簡單疊加的估算方法通過將各衛星的最大容量或各波束的最大容量進行直接相加以估計衛星網絡系統的網絡容量。

然而，基于離散事件處理數據包流轉的網絡仿真方法的仿真設置復雜，計算量大，耗時長，且計算耗費隨網絡系統中節點數的增加而迅速增加，難以實現巨型衛星星座網絡系統的仿真要求。基于簡單疊加的估算方法未考慮衛星網絡系統中節點連接性約束、地面用戶業務需求分布、星間鏈路容量以及擁塞問題，獲得的網絡容量估計結果僅是最理想情況下的容量，工程指導性差。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種衛星網絡系統的網絡容量估算方法。

本發明公開了一種衛星網絡系統的網絡容量估算方法，包括：

根據衛星星座構型參數，構建衛星網絡拓撲結構模型；

根據衛星網絡鏈路連接特性和衛星運動規律，將衛星網絡運行周期劃分為多個時隙，使衛星網絡在一個時隙內的拓撲連接性保持不變；

在每個時隙內，基于衛星網絡拓撲結構，根據星間鏈路建鏈方式、衛星與地面站的鏈路容量、衛星與用戶的鏈路容量、以及用戶業務量需求，通過求解網絡最大流問題，計算每個時隙的網絡容量；

根據每個時隙的網絡容量，計算平均網絡容量。

在一些可選的實施方式中，衛星網絡拓撲結構模型采用以下方式進行構建：

每個衛星采用網絡節點進行描述，兩個衛星間的星間鏈路采用連接兩個衛星對應的網絡節點的無向邊進行描述，建立包括網絡節點和無向邊的衛星網絡拓撲結構模型。

在一些可選的實施方式中，所述在每個時隙內，基于衛星網絡拓撲結構，根據星間鏈路建鏈方式、衛星與地面站的鏈路容量、衛星與用戶的鏈路容量、以及用戶業務量需求，通過求解網絡最大流問題，計算每個時隙的網絡容量，包括：

步驟S31，根據星間鏈路建鏈方式，生成星間鏈路鄰接矩陣；