[發(fā)明專利]適用于衛(wèi)星空間信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的滑模預(yù)測擁塞控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110522280.2
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113268023B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳迪;張?zhí)m勇;孫宏放;劉勝;李芃;劉洪丹
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)青島船舶科技有限公司;哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發(fā)明公開了一種適用于衛(wèi)星空間信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的滑模預(yù)測擁塞控制系統(tǒng)，包括以下步驟：滑模控制器、SCPS?TP協(xié)議Vegas模塊、網(wǎng)絡(luò)路由器模塊、預(yù)測模塊和干擾估計(jì)模塊，其中，滑模控制器包括趨近律滑模面模型和補(bǔ)充項(xiàng)，與SCPS?TP協(xié)議Vegas模塊單向連接；SCPS?TP協(xié)議Vegas模塊包括非線性模塊和匹配型干擾新模塊，與網(wǎng)絡(luò)路由器模塊單向連接；網(wǎng)絡(luò)路由器模塊與干擾估計(jì)模塊單向連接；預(yù)測模型不置于控制回路內(nèi)，與滑模控制器直接連接；干擾估計(jì)模塊與滑模控制器雙向連接。該控制系統(tǒng)具有抗干擾能力且保持較好的穩(wěn)定性和魯棒性，能夠應(yīng)對長時(shí)延帶來的負(fù)面影響，最終實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星空間信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于衛(wèi)星空間信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的滑模預(yù)測擁塞控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

北斗衛(wèi)星在2020年完成組網(wǎng)后，已經(jīng)開啟了大規(guī)模的商業(yè)化產(chǎn)業(yè)融合推進(jìn)，在航天、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)以及養(yǎng)殖業(yè)中已經(jīng)取得了不錯的效益，越來越多的行業(yè)將采用北斗衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)信息傳輸。但北斗衛(wèi)星的通信性能一直是約束其自身發(fā)展的瓶頸問題，現(xiàn)如今地面北斗接收設(shè)備數(shù)量不斷擴(kuò)大時(shí)，由于衛(wèi)星鏈路帶寬是不可輕易增加的，當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)無法承受地面發(fā)出的大量數(shù)據(jù)時(shí)，衛(wèi)星的通信鏈路可能會處于擁塞狀態(tài)，進(jìn)而會造成衛(wèi)星-地面鏈路的通信不穩(wěn)定和較差的通信質(zhì)量。因此，為了應(yīng)對北斗衛(wèi)星未來發(fā)展面臨的既定通信約束，需要設(shè)計(jì)適用于衛(wèi)星空間通信的擁塞控制方法，以提高衛(wèi)星的通信能力。

北斗衛(wèi)星在空間中以混合星座模式分布于中高軌道，建立通信鏈路后的傳輸時(shí)延是不可忽略的重要問題，通常鏈路單向時(shí)延在100～120ms范圍內(nèi)，同時(shí)地面向衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量具有突發(fā)性，上述兩個(gè)問題使得衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面現(xiàn)有TCP網(wǎng)絡(luò)不同，針對地面TCP/IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的擁塞控制算法直接應(yīng)用于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通信緩存器中的隊(duì)長會發(fā)生大幅度的波動，甚至在短時(shí)間內(nèi)無法收斂到控制目標(biāo)長度，這種現(xiàn)象會引發(fā)地源端降低發(fā)送速率，但實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)中有大量的帶寬資源且網(wǎng)絡(luò)不處于擁塞狀態(tài)，進(jìn)而浪費(fèi)了大量的鏈路資源。SCPS-TP是應(yīng)對遠(yuǎn)距離傳輸?shù)闹匾Ｐ停鋼砣幚鞻egas動態(tài)機(jī)制中將時(shí)延變化率考慮為判斷擁塞的重要標(biāo)準(zhǔn)，因此可設(shè)計(jì)在Vegas機(jī)制的基礎(chǔ)上，考慮了衛(wèi)星鏈路中的特殊性，建立了更符合北斗衛(wèi)星信息傳輸?shù)哪Ｐ停F(xiàn)有的控制方法多針對于TCP模型設(shè)計(jì)，而針對SCPS-TP模型設(shè)計(jì)的控制算法較少，需要重新考慮控制器設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的特殊性問題。

進(jìn)一步地在衛(wèi)星空間信息傳輸網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)過程中，存在以下幾個(gè)方面問題：(1)現(xiàn)有的擁塞控制器設(shè)計(jì)多基于針對地面通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的TCP/IP傳輸協(xié)議，但是衛(wèi)星-地面鏈路傳播時(shí)延大且信道帶寬誤碼率高、非對稱性強(qiáng)。TCP/IP協(xié)議無法應(yīng)用于衛(wèi)星信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，而SCPS-TP協(xié)議將通信時(shí)延變化率作為動態(tài)更新?lián)砣翱诘囊蛩刂唬訌?qiáng)了模型本身應(yīng)對星地高時(shí)延影響的能力，但由于模型非線性過強(qiáng)導(dǎo)致現(xiàn)有研究較少且模型單一；(2)現(xiàn)有的SCPS-TP通信協(xié)議采用Vegas擁塞控制機(jī)制，但模型中并沒有考慮星地鏈路高誤碼率的現(xiàn)象，其中誤碼率主要受衛(wèi)星信道中短時(shí)突發(fā)流的影響，這是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)流量即使具備長相關(guān)性，也無法避免的匹配型干擾；(3)雖然可以選擇引入干擾項(xiàng)，但引入必然會導(dǎo)致控制器不穩(wěn)定，同時(shí)由于通信時(shí)延是星地鏈路中不可忽略的問題，高時(shí)延會抑制通信源端的傳輸速率，這種保守機(jī)制會降低衛(wèi)星通信的帶寬利用率，這也是與地面通信網(wǎng)絡(luò)不同而需要重新考慮的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種適用于衛(wèi)星空間信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的滑模預(yù)測擁塞控制系統(tǒng)。