一种基于通信性能约束的大规模低轨卫星网络拓扑优化方法技术

基于通信性能约束的大规模低轨卫星网络拓扑优化方法，步骤1：通过带权重无向图表示卫星通信系统拓扑；步骤2：根据基于可重复单元(motif)进行卫星网络拓扑设计；步骤3：根据通信时延、容量、抗毁性以及可靠性对系统的通信性能进行分析评估；步骤4：在步骤3的基础上获取基于通信性能约束的卫星网络拓扑优化模型；步骤5：根据优化模型筛选最优的卫星网络拓扑结构。结构。结构。

【技术实现步骤摘要】
一种基于通信性能约束的大规模低轨卫星网络拓扑优化方法


[0001]本专利技术属于卫星通信领域，具体涉及一种基于通信性能约束的大规模低轨卫星网络拓扑优化方法。

技术介绍

[0002]相比于传统的地面通信系统，卫星通信系统具有覆盖面广、不受地形因素影响等优点，能够成为地面通信系统的有效补充。随着微卫星网络的兴起，低轨卫星星座有望在全球范围内提供低时延、高容量的通信服务，因此低轨卫星通信系统成为研究与发展的热点。
[0003]当前，低轨卫星星座规模呈扩大趋势，例如SpaceX公司的Starlink星座预计部署完成后星座中卫星数量将达到上万颗。而在大规模低轨卫星通信系统中，卫星网络拓扑结构设计具有十分重要的研究意义。首先，卫星网络拓扑的星间链路连接方式将会对卫星系统的通信性能存在重要影响；其次，星间链路的频繁切换和维护将会增加系统开销；最后，星座规模的扩大使得星座网络设计。
[0004]经过对现有文献的检索发现，基于Grid栅格模型的卫星网络拓扑被广泛用于卫星网络拓扑结构设计中，在该模型中，每颗卫星仅与同轨道面间相邻的两颗卫星以及异轨道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于通信性能约束的大规模低轨卫星网络拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过带权重无向图表示卫星通信系统拓扑；步骤2：根据基于可重复单元(motif)进行卫星网络拓扑设计；步骤3：根据通信时延、容量、抗毁性以及可靠性对系统的通信性能进行分析评估；步骤4：在步骤3的基础上获取基于通信性能约束的卫星网络拓扑优化模型；步骤5：根据优化模型筛选最优的卫星网络拓扑结构；步骤1通过带权重无向图G＝{V,E}表示卫星通信系统拓扑，其中V＝{Sats,City}表示节点集合，由卫星节点集合Sats以及地面城市终端节点集合City组成；E＝{E
isl
,E
udl
}表示边集合，由星间链路集合E
isl
以及星地链路集合E
udl
组成，边的权重表示链路的距离长度；用无向图U＝{Sats,E
isl
}表示卫星网络拓扑，则对应与卫星通信系统中卫星星座、地面城市终端以及星地链路三个部分，卫星通信系统拓扑被表示为G＝{V,E}＝{U,City,E
udl
}；步骤2包括如下子步骤：步骤2
‑
1：根据星地可视性筛选出所有可重复单元motif，组成motif集合Motifs；步骤2
‑
2：将集合Motifs中的所有元素填充满星座，组成卫星网络拓扑候选集合U
Motifs
：U
Motifs
＝{U
motif
|motif∈Motifs}其中U
motif
表示motif对星座进行填充后对应的卫星网络拓扑；步骤3
‑
1：根据卫星通信系统拓扑G
motif
＝{U
motif
,City,E
udl
}获取所有地面城市终端之间的传输路径，任意两个城市A,B∈City之间的路径表示为Path(A,B)＝{l1(A,B),l2(A,B),
…
,l
K
(A,B)}其中l
k
(A,B),(k＝1,2,
…
,K)表示城市对(A,B)之间路径所经过的第K条链路；步骤3
‑
2中，通过星地链路路径的距离拉伸以及传输跳数均值对系统的通信时延性能τ
motif
进行评估：τ
motif
＝S
motif
+H
motif
其中S
motif
,H
motif
分别表示端到端路径的距离拉伸均值以及传输跳数均值，表示如下其中Path(A,B)表示任意城市对(A,B)之间的传输路径，N
city_pairs
表示地面城市集合City中任意两个城市组成的城...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文峰，袁玉慧，赵康僆，方元，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：