星间数据传输方法技术

本发明专利技术提供了一种星间数据传输方法，包括：利用星间链路协助馈电数据卸载，卫星通过星间链路向有剩余带宽的落地卫星发送待卸载数据，以利用馈电带宽资源；根据带子图约束的MFMC线性规划，开发迭代算法CDD，以最大化系统吞吐量和最小化数据传输时延。吞吐量和最小化数据传输时延。吞吐量和最小化数据传输时延。

【技术实现步骤摘要】
星间数据传输方法


[0001]本专利技术涉及LEO卫星
，特别涉及一种星间数据传输方法。

技术介绍

[0002]近年来，宽带LEO卫星网络引起了学术界和工业级广泛关注。卫星星座的一个重要任务是作为空间路由器将用户数据存储转发到信关站。然而不同于空间段丰富的星间链路(ISLs)资源，卫星和信关站建立的馈电链路资源有限，成为整个LEO卫星网络容量的瓶颈。因此充分利用馈电链路资源对提升整网吞吐量至关重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种星间数据传输方法，以解决现有的卫星和信关站建立的馈电链路资源有限，成为整个LEO卫星网络容量的瓶颈的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种星间数据传输方法，包括：
[0005]利用星间链路协助馈电数据卸载，卫星通过星间链路向有剩余带宽的落地卫星发送待卸载数据，以利用馈电带宽资源；
[0006]根据带子图约束的MFMC线性规划，开发迭代算法CDD，以最大化系统吞吐量和最小化数据传输时延。
[0007]可选的，在所述的星间数据传输方法中，还包括：
[0008]卫星网络由N个轨道，每个轨道包含的M个卫星组成；
[0009]LEO卫星网络用图G＝(V,E)表示，其中V表示节点集，E代表ISLs链路集，包括星间链路和馈电链路；
[0010]通过卫星上的激光终端和邻居卫星建立ISLs；
[0011]用l
i,j
表示卫星v
i
和v
j
间通过激光终端通信的星间链路，且l
i,j
∈E；
[0012]轨内ISLs一直保持，在极地区域的轨间ISLs暂时断开，离开极区后再建链；
[0013]相邻轨道上的两颗卫星穿过极区后互相交换相对位置，形成扭曲曼哈顿网络，将扭曲曼哈顿网络上半部分旋转180度；
[0014]极轨LEO卫星网络具有固定二维Mash结构，LEO卫星网络的动态性由极区导致的轨间ISLs通断以及太阳光干扰导致激光终端误码率过高从而无法建链来决定。
[0015]可选的，在所述的星间数据传输方法中，还包括：
[0016]V
ES
∈V代表和信关站通过馈电链路建立连接的落地卫星集合；
[0017]落地卫星v
i
和信关站建立馈电链路W
i
；
[0018]每颗卫星有16个固定方向的点波束，用于和用户通信，并通过天线和信关站ES建立馈电链路；
[0019]全球分布着若干信关站，每个信关站拥有k个天线，同时与k颗卫星建立馈电链接；
[0020]卫星在信关站ES的视线范围内下载数据到信关站，称为下载时间窗口；将卫星运行周期分成大小相同长度为τ的时间槽，时间线表示为0,1τ,2τ,...,T。
[0021]可选的，在所述的星间数据传输方法中，还包括：
[0022]对于任意链路l
n
,总容量C
n
表示为
[0023][0024]其中η
n
,β
n
和W
n
分别表示频谱效率、多路增益、频率复用系数和该链路分配的带宽；
[0025]计算卫星v
i
馈电链路总容量B
i
；
[0026]数据瞬时传输速率表示为r
n
＝ρ
n
x
n
，其中ρ,x
n
分别为数据包大小和链路的瞬时流量(包/秒)；
[0027]在卫星v
i
所有的星间链路不存在拥塞或失效的情况下，即通过馈电链路卸载的数据传输速率为
[0028][0029]当l
i
‑
B
i
>0时，表示卫星v
i
无法将所有数据卸载到信关站，产生丢包，反之则说明卫星v
i
馈电链路带宽尚有余量，此时馈电链路数据传输速率b
i
＝l
i
；充分利用馈电资源即
[0030]maxΣ
i
|l
i
‑
B
i
|
ꢀꢀꢀ
(3)
[0031][0032]可选的，在所述的星间数据传输方法中，还包括：
[0033]所有卫星之间和卫星和信关站之间的传输相同大小的数据包；
[0034]卫星需要向信关站传输的数据量表示为数据包的数量，数据包的数量用链路速率来表示；
[0035]每一颗卫星装有4个激光终端来和同轨和异轨的相邻4颗卫星建立星间链路，同时具有一个无线信号发射接收终端和信关站建立馈电链路，这些链路工作在单工模式；
[0036]星间链路和馈电链路的数据传输是无误的；
[0037]首先确定得到流量传输需求，包括通过ISLs对需要卸载到信关站的数据进行传输的源和目的地以及数据传输速率，再根据此需求计算数据包在落地卫星之间的转发路径。
[0038]可选的，在所述的星间数据传输方法中，还包括：
[0039]让代表实数集，流量需求矩阵的每一个元素D(i,j)代表一对卫星之间所需要的数据传输速率，之后再利用最大流最小代价算法根据此矩阵计算得到链路流量矩阵其中每个元素R(i,j)代表每条星间链路路由后数据传输速率；
[0040]在每一个时间槽nτ开始时，更新网络拓扑结构以及每颗卫星星间链路和馈电链路的链路容量，瞬时传输速率等参数；
[0041]当上式中l
i
‑
B
i
<0，即卫星v
i
能够额外接收卸载数据流l
I
，此类卫星集合为V
I
；且根据本卫星的星间链路和馈电链路容量，由下式计算可接收数据流；
[0042][0043]当上式中l
i
‑
B
i
>0，即卫星v
i
可需通过ISLs卸载数据流l
O
，此类卫星集合为V
O
，且根据本卫星的星间链路资源容量，由下式计算需卸载数据流；
[0044][0045]依据卫星集V
O
和V
I
中每颗卫星l
O
和l
I
数值大小，按该数值从大到小的顺序将两个卫星集中卫星一一对应，分别作为数据传输的源和目的，并将这两颗卫星的min(l
O
,l
I
)作为该源到目的需求流量速率D(i,j)；从而得到流量需求矩阵D。
[0046]可选的，在所述的星间数据传输方法中，还包括：
[0047]以距离带宽乘积(BD)为链路代价，允许对更大的流量规划更短的路径，最小化传输成本和防止回环；
[0048]对每一对源和目的中的数据流根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星间数据传输方法，其特征在于，包括：利用星间链路协助馈电数据卸载，卫星通过星间链路向有剩余带宽的落地卫星发送待卸载数据，以利用馈电带宽资源；以及根据带子图约束的MFMC线性规划，开发迭代算法CDD，以最大化系统吞吐量和最小化数据传输时延。2.如权利要求1所述的星间数据传输方法，其特征在于，还包括：卫星网络由N个轨道，每个轨道包含的M个卫星组成；LEO卫星网络用图G＝(V,E)表示，其中V表示节点集，E代表星间链路链路集，包括星间链路和馈电链路；通过卫星上的激光终端和邻居卫星建立星间链路；用l
i,j
表示卫星v
i
和v
j
间通过激光终端通信的星间链路，且l
i,j
∈E；轨内星间链路一直保持，在极地区域的轨间星间链路暂时断开，离开极区后再建链；相邻轨道上的两颗卫星穿过极区后互相交换相对位置，形成扭曲曼哈顿网络，将扭曲曼哈顿网络上半部分旋转180度；极轨LEO卫星网络具有固定二维Mash结构，LEO卫星网络的动态性由极区导致的轨间星间链路通断以及太阳光干扰导致激光终端误码率过高从而无法建链来决定。3.如权利要求2所述的星间数据传输方法，其特征在于，还包括：V
ES
∈V代表和信关站通过馈电链路建立连接的落地卫星集合；落地卫星v
i
和信关站建立馈电链路W
i
；每颗卫星有16个固定方向的点波束，用于和用户通信，并通过天线和信关站ES建立馈电链路；全球分布着若干信关站，每个信关站拥有k个天线，同时与k颗卫星建立馈电链接；卫星在信关站ES的视线范围内下载数据到信关站，称为下载时间窗口；将卫星运行周期分成大小相同长度为τ的时间槽，时间线表示为0,1τ,2τ,...,T。4.如权利要求3所述的星间数据传输方法，其特征在于，还包括：对于任意链路l
n
,总容量C
n
表示为其中η
n
,β
n
和W
n
分别表示频谱效率、多路增益、频率复用系数和该链路分配的带宽；计算卫星v
i
馈电链路总容量B
i
；数据瞬时传输速率表示为r
n
＝P
n
x
n
，其中ρ,x
n
分别为数据包大小和链路的瞬时流量(包/秒)；在卫星v
i
所有的星间链路不存在拥塞或失效的情况下，即通过馈电链路卸载的数据传输速率为当l
i
‑
B
i
>0时，表示卫星v
i
无法将所有数据卸载到信关站，产生丢包，反之则说明卫星v
i
馈电链路带宽尚有余量，此时馈电链路数据传输速率b
i
＝l
i
；充分利用馈电资源即max∑
i
|l
i
‑
B
i
|
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
5.如权利要求4所述的星间数据传输方法，其特征在于，还包括：所有卫星之间和卫星和信关站之间的传输相同大小的数据包；卫星需要向信关站传输的数据量表示为数据包的数量，数据包的数量用链路速率来表示；每一颗卫星装有4个激光终端来和同轨和异轨的相邻4颗卫星建立星间链路，同时具有一个无线信号发射接收终端和信关站建立馈电链路，这些链路工作在单工模式；星间链路和馈电链路的数据传输是无误的；首先确定得到流量传输需求，包括通过星间链路对需要卸载到信关站的数据进行传输的源和目的地以及数据传输速率，再根据此需求计算数据包在落地卫星之间的转发路径。6.如权利要求5所述的星间数据传输方法，其特征在于，还包括：让代表实数集，流量需求矩阵的每一个元素D(i,j)代表一对卫星之间所需要的数据传输速率，之后再利用最大流最小代价算法根据此矩阵计算得到链路流量矩阵其中每个元素R(i,j)代表每条星间链路路由后数据传输速率；在每一个时间槽nτ开始时，更新网络拓扑结构以及每颗卫星星间链路和馈电链路的链路容量，瞬时传输速率等参数；当上式中l
i
‑
B
i
<0，即卫星v
i
能够额外接收卸载数据流l
I
，此类卫星集合为V
I
；...

【专利技术属性】
技术研发人员：田丰，杨子健，刘会杰，金骥丰，张传鑫，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：