低轨卫星网络结构、组网方法以及控制器和介质技术

本发明专利技术涉及一种低轨卫星网络结构、组网方法以及控制器和介质，所述低轨卫星网络结构包括一个安装在地面的第一控制器和若干分布在地球低轨经线轨道的低轨卫星，其中，所述低轨卫星之间采用物理链路连接，所述第一控制器与所述若干低轨卫星中的过顶卫星进行通信，相互连接的低轨卫星之间能够进行通信。本发明专利技术简化了低轨卫星网络结构，大幅降低了系统部署成本，且提高了网络的灵活性。

LEO satellite network structure, networking method, controller and media

【技术实现步骤摘要】
低轨卫星网络结构、组网方法以及控制器和介质
本专利技术涉及低轨卫星通信
，尤其涉及一种低轨卫星网络结构、组网方法以及控制器和介质。
技术介绍
低轨卫星网络是指由若干低地球轨道(LowEarthOrbit，简称LEO)低轨卫星构成的空间网络，低轨卫星轨道高度在距地500KM-1000km。随着卫星小型化的成功，低轨卫星的制造和发射成本持续降低，这使得利用低轨卫星组建空间内的交换网络成为可能。现有的低轨卫星网络的网络运作方式卫星按照某一特定的轨道排列，一颗卫星通常配置一个地面站，用户所持地面终端设备发送无线电并通过当前过顶的卫星进行一跳转发，从而实现用户和用户间的通信或用户对互联网的访问，例如铱星系统，如图1所示。由此可知，现有的低轨网络系统中，卫星的管理控制由地面站完成，其管控需要卫星经过地面站上空才可进行，其余时间卫星需要有自治能力，自主完成网络转发任务，卫星间不具有或少量具有星间链路(如铱星系统上有2个实验用的星间链路)，尚不具有组网能力，地面站之间如需交互，必须租用既有的地面网络，但是，无论是全球部署地面站还是租用昂贵的带宽，都会造成巨大的成本消耗，增加维护难度，因此传统卫星网络设计不能有效实现成本控制，且网络灵活性差，进而影响网络运营收入。
技术实现思路
本专利技术目的在于，提供一种低轨卫星网络结构、组网方法以及控制器和介质，简化了低轨卫星网络结构，大幅降低了系统部署成本，且提高了网络的灵活性。为了解决上述技术问题，根据本专利技术的一方面，提供了一种低轨卫星网络结构，包括一个安装在地面的第一控制器和若干分布在地球低轨经线轨道的低轨卫星，其中，所述低轨卫星之间采用物理链路连接，所述第一控制器与所述若干低轨卫星中的过顶卫星进行通信，相互连接的低轨卫星之间能够进行通信。进一步的，所述物理链路包括激光链路和无线电链路。进一步的，所述低轨卫星网络结构的物理拓扑为晶格拓扑结构，首尾连接，包括多个环。进一步的，还包括一个或多个安装在地面的第二控制器，用于在第一控制器故障时代替所述第一控制器与过顶的低轨卫星进行通信。进一步的，每一所述低轨卫星上安装有网络交换模块和空间通信模块，其中，所述网络交换模块用于接收所述第一控制器发送的控制平面的控制信息并转换为对应的控制指令发送给所述空间通信模块，以及接收所述第一控制器发送的数据转发控制信息并转换为对应的数据转发指令发送给所述空间通信模块；所述空间通信模块用于根据所接收的控制指令向对应的卫星转发控制平面的控制信息，以及根据所接收的数据转发指令向对应的卫星或地面终端进行数据转发。进一步的，所述网络交换模块包括控制平面管理接口、数据平面管理接口、管理进程单元和控制代理单元，其中，所述控制平面管理接口分别与所述第一控制器和管理进程单元相连接，用于接收所述第一控制器发送的控制平面的控制信息并发送给所述管理进程单元；所述数据平面管理接口分别与所述第一控制器和管理进程单元相连接，用于接收所述第一控制器发送的数据转发控制信息并发送给所述管理进程单元；所述管理进程单元用于根据所接收的控制平面的控制信息生成或改写控制信息流表，根据所述接收的数据转发控制信息生成或改写数据转发流表，并将所述控制平面的控制信息和数据转发控制信息转发给所述所述控制代理单元；所述控制代理单元分别与所述管理进程单元和软交换通路单元相连接，用于解析所述控制平面的控制信息，转换为控制指令，并根据控制信息流表和所述控制指令向对应的卫星转发所述控制平面的控制信息，以及解析数据转发控制信息，转换为数据转发指令，并根据所述数据转发流表通过所述软件交换通路发送给所述空间通信模块对应的硬件单元；所述软交换通路单元分别与所述网卡设备和控制代理单元相连接，用于对从所述网卡设备接收的数据报文进行解析，并匹配所述数据转发流表。进一步的，所述空间通信模块包括依次连接的天线、转换单元、基带和网卡设备，其中，所述网卡设备用于转换待转发数据的数据格式以及支持所需接入功能，所述接入功能包括TDMA功能；所述基带用于对待发送的数据进行数字域的编码调制并发送给数/模转换子单元，还用于对从模/数转换子单元接收的数字信号进行解调和解码并发送给网卡设备；所述转换单元包括数/模转换子单元和模/数转换子单元，所述数/模转换子单元用于将数字信号转换为模拟信号，所述模/数转换子单元用于将模拟信号转换为数字信号；所述天线用于接收和发送调制的无线电波。进一步的，所述网络交换模块还包括：故障恢复单元，用于在网络出现故障时，改写所述控制信息流表，进行恢复决策。进一步的，所述网络交换模块还包括：系统管理接口，用于进行操作系统健康状况的监测、管理恢复；核心网管理接口，用于与核心网模块交互用户管理信息；用户管理单元，用于在网络运营时进行用户的鉴权和计费，并向所述管理进程单元发送QOS控制信息；所述管理进程单元还用于根据所述QOS控制信息生成或改写QOS策略。根据本专利技术的另一方面，提供了一种低轨卫星网络组网方法，包括：将低轨卫星之间采用物理链路连接，建立低轨卫星网络的物理拓扑结构，所述物理拓扑结构中的所有低轨卫星能够与同一个位于地面的第一控制器通信；基于所述物理拓扑结构建立控制信道的逻辑拓扑结构，所述逻辑拓扑结构能够遍历所有低轨卫星，且不存在逻辑上的环路；过顶卫星接收所述第一控制器发送的控制平面的控制信息，并基于所述逻辑拓扑结构向对应的卫星转发所述控制平面的控制信息；过顶卫星接收所述第一控制器发送的数据转发控制信息，并基于所述物理拓扑结构相对应的卫星或地面终端进行数据转发。进一步的，所述过顶卫星接收所述第一控制器发送的控制平面的控制信息，并基于所述逻辑拓扑结构向对应的卫星转发所述控制平面的控制信息，包括：接收所述第一控制器发送的控制平面的控制信息；根据所接收的控制平面的控制信息生成或改写控制信息流表；解析所述控制平面的控制信息，转换为控制指令；根据控制信息流表和所述控制指令向所述逻辑拓扑结构中对应的卫星转发所述控制平面的控制信息。进一步的，过顶卫星接收所述第一控制器发送的数据转发控制信息，并基于所述物理拓扑结构相对应的卫星或地面终端进行数据转发，包括：接收所述第一控制器发送的数据转发控制信息；根据所述接收的数据转发控制信息生成或改写数据转发流表；解析数据转发控制信息，转换为数据转发指令；根据所述数据转发流表和数据转发指令基于所述物理拓扑结构相对应的卫星或地面终端进行数据转发。根据本专利技术又一方面，提供一种控制器，其包括存储器与处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序在被所述处理器执行时能够实现所述方法的步骤。根据本专利技术又一方面，提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述程序在由一计算机或处理器执行时实现所述方法的步骤。本专利技术与现有技术相比具有明显的优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低轨卫星网络结构，其特征在于，/n包括一个安装在地面的第一控制器和若干分布在地球低轨经线轨道的低轨卫星，其中，/n所述低轨卫星之间采用物理链路连接，所述第一控制器与所述若干低轨卫星中的过顶卫星进行通信，相互连接的低轨卫星之间能够进行通信。/n

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星网络结构，其特征在于，
包括一个安装在地面的第一控制器和若干分布在地球低轨经线轨道的低轨卫星，其中，
所述低轨卫星之间采用物理链路连接，所述第一控制器与所述若干低轨卫星中的过顶卫星进行通信，相互连接的低轨卫星之间能够进行通信。


2.根据权利要求1所述的低轨卫星网络结构，其特征在于，
所述物理链路包括激光链路和无线电链路。


3.根据权利要求1所述的低轨卫星网络结构，其特征在于，
所述低轨卫星网络结构的物理拓扑为晶格拓扑结构，首尾连接，包括多个环。


4.根据权利要求1所述的低轨卫星网络结构，其特征在于，
还包括一个或多个安装在地面的第二控制器，用于在第一控制器故障时代替所述第一控制器与过顶的低轨卫星进行通信。


5.根据权利要求1-4中任意一项所述的低轨卫星网络结构，其特征在于，
每一所述低轨卫星上安装有网络交换模块和空间通信模块，其中，
所述网络交换模块用于接收所述第一控制器发送的控制平面的控制信息并转换为对应的控制指令发送给所述空间通信模块，以及接收所述第一控制器发送的数据转发控制信息并转换为对应的数据转发指令发送给所述空间通信模块；
所述空间通信模块用于根据所接收的控制指令向对应的卫星转发控制平面的控制信息，以及根据所接收的数据转发指令向对应的卫星或地面终端进行数据转发。


6.根据权利要求5所述的低轨卫星网络结构，其特征在于，
所述网络交换模块包括控制平面管理接口、数据平面管理接口、管理进程单元和控制代理单元，其中，
所述控制平面管理接口分别与所述第一控制器和管理进程单元相连接，用于接收所述第一控制器发送的控制平面的控制信息并发送给所述管理进程单元；
所述数据平面管理接口分别与所述第一控制器和管理进程单元相连接，用于接收所述第一控制器发送的数据转发控制信息并发送给所述管理进程单元；
所述管理进程单元用于根据所接收的控制平面的控制信息生成或改写控制信息流表，根据所述接收的数据转发控制信息生成或改写数据转发流表，并将所述控制平面的控制信息和数据转发控制信息转发给所述所述控制代理单元；
所述控制代理单元分别与所述管理进程单元和软交换通路单元相连接，用于解析所述控制平面的控制信息，转换为控制指令，并根据控制信息流表和所述控制指令向对应的卫星转发所述控制平面的控制信息，以及解析数据转发控制信息，转换为数据转发指令，并根据所述数据转发流表通过所述软件交换通路发送给所述空间通信模块对应的硬件单元；
所述软交换通路单元分别与所述网卡设备和控制代理单元相连接，用于对从所述网卡设备接收的数据报文进行解析，并匹配所述数据转发流表。


7.根据权利要求6所述的低轨卫星网络结构，其特征在于，
所述空间通信模块包括依次连接的天线、转换单元、基带和网卡设备，其中，
所述网卡设备用于转换待转发数据的数据格式以及支持所需接入功能，所述接入功能包括TDMA功能；
所述基带用于对待发送的数据进行数字域的编码调制并发送给数/模转换子单元，还用于对从模/数转换子单元接收的数字信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岑，陈津林，
申请(专利权)人：北京前沿探索深空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11