一种空间网络路由规划方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种空间网络路由规划方法及系统，包括：基于航天器源节点、航天器目标节点以及预先构建的空间网络环境自主感知模型，获取空间环境信息；基于所述空间环境信息，采用预先建立的空间自主组网与路由规划模型生成空间路由方案；本路由规划方法中引入空间感知和人工智能等算法,使得所述路由规划方法更具空间可行性，并弥补了空间路由的适应性和灵活性的不足，提升了卫星和空间飞行器的智能化水平和自主运行能力，引入了人工智能的算法，节省了大量的计算时间，是数据处理的速度加快。

【技术实现步骤摘要】
一种空间网络路由规划方法及系统
：本专利技术涉及空间组网及其路由领域，具体涉及一种空间网络路由规划方法及系统。
技术介绍
：空间通信网中的路由是为待传输的信息寻找可以到达目的地址的路径，保障数据有效地从源地址传送到一个(或多个)目的地址，它是不同类型飞行器节点之间互联互通的基础和关键。通常要求空间网络的路由算法简单可靠，稳定性强，并能够适应网络业务量和拓扑的变化等。然而，由于空间通信网络具有传播距离远，传输时延长或时延可变，节点移动性强，链路间歇性断开，网络拓扑结构动态可变，通信质量差，节点能量和存储受限等特点，使得空间通信无论在节点、链路还是组网等方面，都与地面通信有着较大的差异，从而导致传统的Intenret路由协议不能直接应用到空间网络中。目前，提出了许多空间通信网络路由方法，如空间虚拟化路由策略、时间虚拟化路由策略、分层路由策略和DTN路由策略等。然而，这些路由策略大部分是处于理论和算法研究阶段，在实现上也没有充分结合空间飞行器平台的处理能力，无法满足空间网络的实际需求。
技术实现思路
：为了克服上述缺陷，本专利技术提供了一种空间网络路由规划方法，所述方法包括：基于航天器源节点、航天器目标节点以及预先构建的空间网络环境自主感知模型，获取空间环境信息；基于所述空间环境信息，采用预先建立的空间自主组网与路由规划模型生成空间路由方案。优选的，所述基于航天器源节点、航天器目标节点以及预先构建的空间网络环境自主感知模型，获取空间环境信息包括：所述空间网络环境自主感知模型根据所述航天器源节点和航天器目标节点从预先构建的空间网络环境与态势感知数据和空间网络系统运行规律先验知识中获取与所述航天器源节点和/或航天器目标节点相关的节点，以及航天器源节点空间环境信息、目标节点空间环境信息和所述相关节点的空间环境信息。优选的，所述获取空间环境信息，之后还包括：基于所述航天器源节点空间环境信息、目标节点空间环境信息和所述相关的节点的空间环境信息，构建空间网络的拓扑结构图；将所述空间网络的拓扑结构图的信息存储到空间网络环境与态势感知和网络拓扑结构与动态时空关系数据中。优选的，所述基于所述空间环境信息，采用预先建立的空间自主组网与路由规划模型生成空间路由方案，包括：基于所述空间网络的拓扑结构图、航天器源节点、航天器目标节点以及相关节点，获得从所述航天器源节点到所述航天器目标节点的所有连接路径并生成空间路由规划表；按照路由选取准则，基于空间路由规划表进行排序，基于排序顺序选择最优空间路由规划，生成空间路由方案；当生成路由方案失败时，重新选择次优空间路由规划，生成空间路由方案，并继续检查生成空间路由方案是否成功，直到生成路由方案成功；所述选取准则，包括：卫星源地址节点和卫星目标地址节点传输时延最小、经过的中间节点最少、路径综合代价最小和吞吐量最大中的任意一种选取准则。优选的，所述空间网络环境自主感知模型的构建，包括：基于预先构建的空间网络环境与态势感知数据和空间网络系统运行规律先验知识获取航天器节点数据；基于每个航天器节点数据建立所述航天器节点与其他航天器节点的星间链路；基于所述航天器节点的星间链路，通过星间量测获得航天器的空间运动速度和空间位置；基于所述航天器的空间运动速度和空间位置对航天器进行轨道和运动态势预测；基于预测结果，获得所述航天器节点与其他航天器节点的空间网络拓扑结构和动态时空关系状态；基于所有航天器节点的空间网络拓扑结构和动态时空关系状态构建空间网络环境自主感知模型。优选的，所述空间网络环境与态势感知数据，包括：空间网络航天器的空间位置、空间运动速度和空间信息；所述空间网络系统运行规律先验知识，包括：空间航天器的先验信息。优选的，所述航天器，包括：卫星和飞行器。一种空间网络路由规划系统，所述系统包括：空间信息获取模块：用于基于航天器源节点、航天器目标节点以及预先构建的空间网络环境自主感知模型，获取空间环境信息；路由规划生成模块：用于基于所述空间环境信息，采用预先建立的空间自主组网与路由规划模型生成空间路由方案。优选的，还包括：存储模块；所述存储模块用于存储：空间网络环境与态势感知数据、空间网络系统运行规律先验知识和空间网络拓扑结构与动态时空关系数据；所述存储模块包括：空间网络环境与态势感知数据库、空间网络系统运行规律先验知识库和空间网络拓扑结构与动态时空关系数据库。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术提供的一种空间网络路由规划方法，基于航天器源节点、航天器目标节点以及预先构建的空间网络环境自主感知模型，获取空间环境信息；基于所述空间环境信息，采用预先建立的空间自主组网与路由规划模型生成空间路由方案；本规划方法引入空间感知和人工智能，弥补了空间路由的适应性和灵活性的不足，提升了航天器的智能化水平和自主运行能力。2、本专利技术提供的一种空间网络路由规划方法，通过空间网络环境自主感知模型和空间自主组网与路由规划模型，对空间网络的变化进行探测和分析，网络性能和算法的空间可行性明显提高。3、本专利技术提供的一种空间网络路由规划方法，基于所述空间路由规划表和实际需求选择一种空间路由规划结果，可以动态的确定最优路由的选择，提升了路由的规划效率。附图说明：图1为本专利技术空间网络路由规划方法的具体实施方法流程图；图2为本专利技术的空间网络环境自主感知模型的组成及其工作流程框图；图3为本专利技术的空间自主组网与路由规划模型的组成及其工作流程框图。具体实施方式：为了更好地理解本专利技术，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例1：本专利技术提出了一种空间通信网络的路由方法，分别建立了空间网络环境自主感知模型和空间自主组网与路由规划模型，并对其中的核心算法进行了描述。本专利技术所采用的技术方案是：借助于星间通信和测量，实现空间态势的感知，获得准确的空间网络动态拓扑结构和空间节点运行状态信息，并在此基础上，结合星上存储的先验知识，进行星上自主组网和路由规划。如图1所示，具体步骤如下：步骤一：基于航天器源节点、航天器目标节点以及预先构建的空间网络环境自主感知模型，获取空间环境信息；如图2所示，是空间网络环境自主感知模型的组成及其工作流程框图。首先，在跟踪指向算法和链路保持预测算法的作用下，维持星间链路的建立与连通状态，这是进行星间测量与信息交互的基础；然后，根据已有数据和先验信息(数据库和知识库)，确定星间测量与通信的体制，进行星间通信系统的切换或重构，完成星间测量信号的收发；最后，采用空间几何特征解算算法、天基自主定轨算法和空间态势预测算法，对接收到的星间测量信号和通信数据进行星上实时处理，获得空间网络拓扑结构图和动态时空关系图，并存入星载数据库中，为进行空间路由规划提供输入条件。空间网络环境自主感知过程：借助于星间链路实现星间测量和信息交互，通过星上实时处理，获得空间网络节点自身所处空间环境的信息，形成反映空间网络拓扑结构和动态时空关系的状态图，并更新空间网络环境与态势感知数据库和网络拓扑结构与动态时空关系数据库。空间多目标测量算法在本模型中，星间测量的目的是获得星间距离和卫星(或飞行器)的运动速度、空间位置等信息，并在此基础上进行航天器轨道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间网络路由规划方法，其特征在于，所述方法包括：基于航天器源节点、航天器目标节点以及预先构建的空间网络环境自主感知模型，获取空间环境信息；基于所述空间环境信息，采用预先建立的空间自主组网与路由规划模型生成空间路由方案。

【技术特征摘要】
1.一种空间网络路由规划方法，其特征在于，所述方法包括：基于航天器源节点、航天器目标节点以及预先构建的空间网络环境自主感知模型，获取空间环境信息；基于所述空间环境信息，采用预先建立的空间自主组网与路由规划模型生成空间路由方案。2.如权利要求1所述的空间网络路由规划方法，其特征在于，所述基于航天器源节点、航天器目标节点以及预先构建的空间网络环境自主感知模型，获取空间环境信息包括：所述空间网络环境自主感知模型根据所述航天器源节点和航天器目标节点从预先构建的空间网络环境与态势感知数据和空间网络系统运行规律先验知识中获取与所述航天器源节点和/或航天器目标节点相关的节点，以及航天器源节点空间环境信息、目标节点空间环境信息和所述相关节点的空间环境信息。3.如权利要求2所述的空间网络路由规划方法，其特征在于，所述获取空间环境信息，之后还包括：基于所述航天器源节点空间环境信息、目标节点空间环境信息和所述相关的节点的空间环境信息，构建空间网络的拓扑结构图；将所述空间网络的拓扑结构图的信息存储到空间网络环境与态势感知和网络拓扑结构与动态时空关系数据中。4.如权利要求3所述的空间网络路由规划方法，其特征在于，所述基于所述空间环境信息，采用预先建立的空间自主组网与路由规划模型生成空间路由方案，包括：基于所述空间网络的拓扑结构图、航天器源节点、航天器目标节点以及相关节点，获得从所述航天器源节点到所述航天器目标节点的所有连接路径并生成空间路由规划表；按照路由选取准则，基于空间路由规划表进行排序，基于排序顺序选择最优空间路由规划，生成空间路由方案；当生成路由方案失败时，重新选择次优空间路由规划，生成空间路由方案，并继续检查生成空间路由方案是否成功，直到生成路由方案成功；所述选取准则，包括：卫星源地址节点和卫星目标地址节点传输时...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁云，王瑶，刘宇宏，李春萍，叶曦，宋轲欣，刘世栋，姚继明，曾鹏飞，黄凤，黄莉，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国网上海市电力公司，国家电网有限公司，上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11