一种极轨道卫星网络反向缝的建链方法技术

本发明专利技术涉及卫星网络技术领域，提出了一种极轨道卫星网络反向缝的建链方法，包括：设定在建链起始纬度lat_s和建链结束纬度lat_e之间的可建链区域；将可建链区域划分为交叉建链区，其中交叉建链区内星间链路条数为n；确定反向缝建链纬度参照集合L(lat)；以及让建链卫星参照L(lat)调整状态。至少部分解决了现有技术中存在的极轨道卫星网络反向缝附近的卫星进行数据传输时时延大、效率低，路由跳数高、易丢包的问题，显著降低了反向缝附近的卫星进行数据传输的时延，对全网路由起到了优化作用。对全网路由起到了优化作用。对全网路由起到了优化作用。

【技术实现步骤摘要】
一种极轨道卫星网络反向缝的建链方法


[0001]本专利技术总的来说涉及卫星网络
，更具体而言涉及一种极轨道卫星网络反向缝的建链方法。

技术介绍

[0002]低轨道(LEO)卫星网络以其可全球覆盖、成本低、部署灵活等优势，已经成为一种提供全球互联网带宽接入服务的重要方式。传统的低轨卫星网络由空间网络和地面网络组成。在空间网络中，卫星按照其运行的轨道进行划分。相邻卫星之间通过星间链路(Inter
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Satellite Link)ISL进行通信。图1示出了低轨极轨道卫星网络，在轨道的一部分上，所有卫星由南向北运动，而在地球另一侧，卫星由北向南运动。由于其首末两个轨道相邻，但运动方向相反的网络结构特点，将形成一个360
°
的反向缝。将卫星网络投影到二维平面内，缝隙出现在两个分开的集合内，彼此相距180
°
。因此，在反向缝附近需跨缝传输的数据将跨越整个半球到达目的星所在轨道，因此存在时延大，转发节点多易丢包的问题。
[0003]现对与反向缝跨缝数据传输有关的现有技术做介绍：
[0004]Bezalel(The impact of intersatellite communication links on LEOs performance[C]//Telecommunication Systems.1997)研究了ISL体系结构的影响，提出将卫星网络中的非相邻轨道间的ISL连接起来，非相邻轨道通常为相邻轨道的相邻轨道，用这种方法来减少当需跨缝通信或用户卫星间距离较远时的端到端延时。
[0005]De Sanctis等人(Ip
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based routing algorithms for leo satellite networks in near
‑
polar orbits[C]//Aerospace Conference.IEEE Xplore，2003)提出了一种基于“跳数最小化”的改进方法，并仿真分析得出反向缝两侧不建链在端到端时延中将产生大量峰值的结论，但文中并未给出具体的优化方法。
[0006]Ekici等人(A distributed routing algorithm for datagram traffic in LEO satellite networks[J].IEEE/ACM Transactions on Networking，2001，9(2)：137
‑
147)提出了一种适用于LEO卫星网络的数据包路由方法，方法在需要经由平面间ISL传输时，将ISL的长度作为参考依据，尽量通过高纬度ISL进行传输以降低时延。在此基础上，当需要跨缝传输数据时，将反向缝两侧割裂开，选择最短的平面间ISL集合进行跨半球跨极点传输。该方法虽然降低了ISL的总体距离，但未改变需要经过的卫星节点数，依然给卫星系统造成了额外的压力。
[0007]Yeo等人(An approach to the modeling of counter
‑
rotating seam communication links for LEO satellite systems[J].2004：2016
‑
2020)提出一种基于射频(RF)类型天线的反向缝ISL切换构想，以简化跨缝链路的切换过程，并分析说明光学天线无法完成跨缝数据的传输，该构想被很多学者证明存在分析偏差。
[0008]Guo等人(A Weighted Semi
‑
Distributed Routing Algorithm for LEO satel lite networks.[J].Journal of Network＆Computer Applications，2015：1
‑
11)对Yeo等人的分析错误进行了修正，并设计了一种双转盘跨缝天线系统用于反向缝处的跟踪与传
输，但该方法功耗较大。
[0009]Tang等人(Multipath Cooperative Routing with Efficient Acknowledgement for LEO Satellite Networks[J].IEEE Transactions on Mobile Computing，2018：1
‑
1.)和Chen等人(Joint Topology Control and Routing in IEEE 802.11
‑
Based Mu ltiradio Multichannel MeshNetworks[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，2007，56(5)：3123
‑
3136.)提出通过对极轨道卫星网络反向缝的建链，以达到降低反向缝两侧卫星数据传输时延、提高卫星网络容量的目的。
[0010]上述Tang和Chen等人的研究将极轨道卫星网络反向缝的建链问题描述如下：
[0011]低轨极轨道卫星网络由N个不相交的平面组成，每个平面内包含M个卫星，平面内卫星之间的夹角为2π/M。在两个相邻卫星之间存在三种类型的ISL：平面内ISL，平面间ISL和跨越反向缝隙的ISL。平面内ISL始终保持不变，较为稳定；平面间ISL在除极地地区之外连接稳定；需要考虑在位于反向缝两侧的卫星间如何建立相对稳定的星间链路。
[0012]每颗卫星最多有3条或者4条ISLs，最多与四个相邻卫星建立链接。将LEO极轨道卫星网络建模为无向图G＝(V，E)，其中V代表卫星的集合，E代表星间链路的集合。
[0013]反向缝隙两侧，在某一时刻，并不是所有卫星都具备跨越反向缝通信的能力，具备通信能力的卫星称为“可通信邻星”，其他轨道的卫星可将需要跨缝传输的数据传送到可通信邻星，由可通信邻星代为转发。由于平面内ISL和跨缝ISL的周期性通断，LEO卫星网络拓扑会周期性变化。
[0014]图2示出了反向缝两侧的星间链路，其中横向实线表示平面间ISL，纵向实线表示平面内ISL，虚线表示数据流。反向缝两侧的反向缝两侧卫星集合分别记为M1、M2，轨道面c、d中的卫星可跨缝传输数据，分别将这两个轨道面的卫星集合记为N1、N2。在某一时刻t，n1、n2分别代表N1、N2的建链卫星集合。极轨道卫星网络反向缝的建链问题就转换为考虑在卫星运行周期内如何选择n1、n2以及在考虑时空拓扑最大连续的情况下如何将n1、n2进行高效连接，使得M1、M2之间进行数据传输的时延最小。
[0015]目标是优化反向缝两侧卫星网络的传输时延，用下式表示：
[0016][0017]其中，K代表M1、M2之间需要交互的数据流集合，f
k
表示K中的某个数据流，表示数据流f
k
的传输时延。
[0018]需要满足如下约束条件：
[0019]流量守恒约束，在t时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极轨道卫星网络反向缝的建链方法，其中反向缝两侧存在可跨缝传输数据的两个轨道面的卫星集合N1、N2，在t时刻存在N1、N2的建链卫星集合n1、n2，包括如下步骤：设定在建链起始纬度lat_s和建链结束纬度lat_e之间的可建链区域；将可建链区域划分为交叉建链区，其中交叉建链区内星间链路条数为n；确定反向缝建链纬度参照集合L(lat)；以及让建链卫星参照L(lat)调整状态。2.根据权力要求1所述的发明方法，其特征在于，其中交叉建链区内星间链路条数n的数值通过迭代的方法确定。3.根据权力要求1所述的发明方法，其特征在于，其中反向缝建链纬度参照集合L(lat)通过迭代的方法确定。4.根据权利要求2和3之一所述的发明方法，其特征在于，其中n的数值的初始取值范围包括：1到其中a
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇婷，田丰，李国通，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：