最小化信息在轨传输时延的方法技术

本发明专利技术公开了一种最小化信息在轨传输时延的方法，包括：当前卫星节点经过被监控地区上方空域时，产生原始观测数据m；根据其自身状态来确定是否对原始观测数据m进行在轨计算，以得到数据量缩减后的数据m’，再将原始观测数据m或者数据m’转发给下一卫星节点；下一卫星节点如果接收的数据为数据m’，则直接转发给后续卫星节点；如果为原始观测数据m，根据其自身状态来确定是否对原始观测数据m进行在轨计算，并将原始观测数据m或者数据m’转发给后续卫星节点；后续卫星节点采用相同的处理方式，直至原始观测数据m或者数据m’达到目的地面站。上述方法能减少信息下传时延，有助于地面站在第一时间获得关键信息，进而快速做出对应的决策。

A Method for Minimizing the Delay of On-orbit Transmission of Information

【技术实现步骤摘要】
最小化信息在轨传输时延的方法
本专利技术涉及卫星网络
，尤其涉及一种最小化信息在轨传输时延的方法。
技术介绍
作为天地一体化信息网络的重要组成部分，卫星网络具有全天候、高带宽、覆盖范围广等特点，因此卫星网络及天地一体化网络架构的研究受到了广泛关注。高效的卫星网络路由方案对提高卫星网络数据传输的时效性和可靠性有着重要的意义。卫星网络具有空间环境恶劣、拓扑结构周期性变化、传播时延大以及空间环境恶劣等特点。同时，相比于地面网络节点，卫星节点的能源受到一定限制。因此，在设计卫星路由协议时，不仅需要关注星间链路状态，同时也要考虑到卫星的能量约束。现有研究根据卫星网络拓扑结构的周期性变化，提出了系统周期分割和覆盖区域分割等组网思想。其中，系统周期分割又称虚拟拓扑思想。根据卫星网络的周期性，将卫星系统周期划分为多个时间片，只要时间片划分的大小合适，就可看作卫星网络拓扑结构在同一时间片内是不变的。于是卫星网络的路由计算就转化成了多个离散的静态虚拟拓扑下的路由计算问题。系统周期分割思想下典型的路由算法包括基于ATM的路由算法、离散时间动态虚拟拓扑路由算法。然而，上述两种理念存在一定问题。首先，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种最小化信息在轨传输时延的方法，其特征在于，包括：当前卫星节点经过被监控地区上方空域时对监控地区进行监测，产生原始观测数据m；当前卫星节点根据其自身状态来确定是否对原始观测数据m进行在轨计算，以得到数据量缩减后的数据m’，再将原始观测数据m或者数据m’转发给下一跳卫星节点；下一跳卫星节点如果接收的数据为数据m’，则直接转发给后续卫星节点；如果接收的数据为原始观测数据m，同样根据其自身状态来确定是否对原始观测数据m进行在轨计算，并将原始观测数据m或者数据m’转发给后续卫星节点；后续卫星节点采用相同的处理方式，直至原始观测数据m或者数据m’达到目的地面站。

【技术特征摘要】
1.一种最小化信息在轨传输时延的方法，其特征在于，包括：当前卫星节点经过被监控地区上方空域时对监控地区进行监测，产生原始观测数据m；当前卫星节点根据其自身状态来确定是否对原始观测数据m进行在轨计算，以得到数据量缩减后的数据m’，再将原始观测数据m或者数据m’转发给下一跳卫星节点；下一跳卫星节点如果接收的数据为数据m’，则直接转发给后续卫星节点；如果接收的数据为原始观测数据m，同样根据其自身状态来确定是否对原始观测数据m进行在轨计算，并将原始观测数据m或者数据m’转发给后续卫星节点；后续卫星节点采用相同的处理方式，直至原始观测数据m或者数据m’达到目的地面站。2.根据权利要求1所述的一种最小化信息在轨传输时延的方法，其特征在于，该方法还包括，组网路由过程：假设卫星节点能够通过链路层的交互获得与邻居卫星节点之间的信道质量，在此基础上进行组网与路由，并对相邻卫星节点间的信道增益做归一化处理，得到链路质量LQ；每个卫星节点以固定周期产生星间路由学习包，若某星间路由学习包由卫星节点A产生，初始时星间路由学习包中有效信息只包括卫星节点A的剩余能量值；卫星节点A广播该星间路由学习包，其邻居卫星节点B、C收到该星间路由学习包后，填入相关链路的链路质量，并将剩余能量信息替换为卫星节点B、C的能量值，然后各自继续转发星间路由学习包；后续卫星节点D接收到卫星节点B、C分别转发的星间路由学习包后，根据链路质量与剩余能量值选择卫星节点B或C作为到卫星节点A的最优下一跳；然后，更新本地路由表，以及星间路由学习包中链路质量、剩余能量值，并继续广播转发星间路由学习包；其中，卫星节点D选择到卫星节点A的最优下一跳的依据为：上式中，Ot(D)表示卫星节点D的邻居卫星节点集合；LQDxA为卫星节点D经过卫星x到卫星节点A的链路质量，LQmax为设定的链路质量最大值；Bx为卫星x的剩余能量值，Bmax为设定的卫星剩余能量最大值；α与β均为权值系数，且α+β＝1。3.根据权利要求1或2所述的一种最小化信息在轨传输时延的方法，其特征在于，当前卫星节点开始转发原始观测数据m或者数据m’时，假设卫星节点E与目的地面站直连，随着时间推移，卫星相对于地面站的移动带来了地面站动态接入的问题，假设在当前时刻，与目的地面站直连的卫星节点由卫星E切换至卫星节点I；卫星节点I向全网广播目的地面站的接入信息，收到该接入信息的卫星节点则将发送至目的地面站的数据包向卫星节点I转发。4.根据权利要求1所述的一种最小化信息在轨传输时延的方法，其特征在于，最小化信息在轨传输时延表示为如下最优化问题：上式中，Bt(n)表示t时隙初卫星节点n的剩余能量值；所有的原始观测数据按到达当前卫星的顺序表示为集合0＜γ＜1为折扣因子，tm为原始观测数据m从产生到最终到达目的地面站的总时长；表示卫星节点集合；为卫星节点n在t时隙传输原始观测数据消耗的能量与其CUP参与在轨计算所消耗的能量之和；o∈Oτ(n)表示开始传输时卫星节点n的邻居卫星节点o；为当原始观测数据m在τ时刻到达卫星节点n后，卫星节点n选择的计算行动，0表示不进行在轨计算直接转发原始观测数据m给下一跳卫星节点，1表示在轨计算后将数据m′传输给下一跳卫星节点；为卫星节点n选择的路由行动，表示在τ时刻将到达的数据m或m′转发给卫星节点o。5.根据权利要求4所述的一种最小化信息在轨传输时延的方法，其特征在于，最优化问题中的约束条件实现方式为：若转发过程或者计算过程中出现能量缺乏的情况，则将待转发的任务或者待计算的任务暂存入发送队列或者计算队列，待能量捕获足够后继续执行转发任务或者计算任务；采用分布式自主学习的方式，由每个卫星节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜晓枫，谢金森，李德政，杨坚，谢海永，刘弋锋，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，中国电子科技集团公司电子科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34