空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法技术

本发明专利技术公开了空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，属于空天地物联网技术。包括以下步骤：S100、根据地面网络拓扑结构，对地面的物联网节点进行分簇，选出簇头，信息由地面源节点汇集至簇头；S200、根据t时刻空天地融合网络的网络拓扑结构、发射功率、衰落损耗、收发端天线增益参数，得到地面

【技术实现步骤摘要】
空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法


[0001]本专利技术涉及空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，属于空天地物联网技术。

技术介绍

[0002]随着移动通信和互联网的普及，不论在用户使用数量和业务需求方面，人们对于网络的要求都越来越高，互联网也逐渐成为多数人生活中的必需品。但与日益增长的需求相背而驰的是互联网的覆盖率，研究结果表明，地面上无线网络的覆盖率仅仅占地球表面积的7％
‑
8％，远远低于设想的全球网络无线覆盖。在这样的背景下，一种能够集空、海、陆为一体的空天地一体化网络应运而生。
[0003]空天地一体化网络由于包含了较多的动态节点和性质较差的链路，具有拓扑变化频繁，信道条件恶劣等特点。针对大规模的卫星星座，卫星的高速运动使得网络环境高度动态，星上资源受限的环境也限制了单个卫星的传输与处理能力，如何在这样复杂的环境当中实现自身的高效组网和数据传输；针对飞机高速移动的动态环境，如何利用密集航线实现低复杂度、低开销的路由传输；针对地面用户的接入需求，卫星网络的天然优势可以弥补地面网络在覆盖范围、广域传输上的短板，然而星地、空地之间不同的传输模式，使得二者之间的高效调度与协作显得困难重重，如何组建有效的协同机制来提供高质量的通信服务等等。目前诸如卫星路由、星地协同及多层路由融合等方面的工作均处于初步研究阶段，特别是针对新兴的大规模低轨小卫星网络，缺乏完备的方案设计。因此，针对空天地一体化信息网络的相关研究还有待继续探索。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，将这些节点的数据汇聚到自组织网络的中心节点处，再由中心节点将数据上传至空中的卫星或飞机网络，以解决现有技术中存在的问题。
[0005]空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法包括以下步骤：
[0006]S100、根据地面网络拓扑结构，对地面的物联网节点进行分簇，选出簇头，信息由地面源节点汇集至簇头；
[0007]S200、根据t时刻空天地融合网络的网络拓扑结构、发射功率、衰落损耗、收发端天线增益参数，得到地面
‑
飞机、地面
‑
卫星和卫星
‑
卫星间的通信容量，从而计算簇头节点利用飞机传输方案和利用卫星传输方案的时延；
[0008]S300、簇头节点针对借助飞机和卫星两种传输方案，规划以最小化传输时延为目标的路由传输方案；
[0009]S400、根据目标传输方案得到信息传输结果。
[0010]进一步的，在S200中，计算簇头节点利用飞机传输方案和利用卫星传输方案，具体
方法为：
[0011]通信容量的计算公式为：
[0012][0013]其中，L
s
为自由空间传输损耗，L
a
为其他损耗，G
T
为发射天线增益，P
T
为发射功率，T
s
为等效噪声温度，G
R
为接收天线增益，(ε
b
/N0)
req
为比特信噪比，通过上式计算出地面用户
‑
飞机上下行、地面用户
‑
卫星上下行及卫星
‑
卫星通信容量，
[0014]选择借助飞机传输方案的传输时延t
a
＝R/C
au
+R/C
ad
，其中C
au
、C
ad
分别为地面用户
‑
飞机链路上行和下行通信容量，R为数据包大小，
[0015]选择借助卫星传输方案的传输时延t
s
＝R/C
su
+R/C
sd
+NR/C
ss
，其中C
su
、C
sd
、C
ss
分别为地面用户
‑
卫星链路上行、下行和星间链路通信容量，N为星间转发次数，R为数据包大小。
[0016]进一步的，在S300中，具体包括以下步骤：
[0017]S310、获取用户可见的飞机及其对目标地面站的可见性；
[0018]S320、判断用户可见的飞机是否对目标地面站可见，若是，则执行S330；否则，执行S340；
[0019]S330、令用户可见的飞机为可接入飞机，并执行S340；
[0020]S340、获取用户可见的卫星及其所在轨道对目标地面站的可见性；
[0021]S350、判断轨道上是否存在卫星对目标地面站可见，若是，则执行S360；否则，执行步骤三七；
[0022]S360、令存在卫星对目标地面站可见的轨道为可见轨道，选择可见轨道中与用户距离最近的可见卫星为可接入卫星，并执行S380；
[0023]S370、选择与用户距离最近的可见卫星为可接入卫星，并执行S380；
[0024]S380、比较可接入飞机与可接入卫星传输方案的时延，选择时延较小的为接入方案。
[0025]进一步的，在S380中，当选择飞机传输方案时，采用单跳传输，地面用户结点与目标地面站通信包括以下步骤：
[0026]S381、地面源节点判断是否可以直接通过地面路由传输至目标地面站，如果可以，通过地面路由将信息发送至目标地面站，通信完成；如果不可以，则执行S382；
[0027]S382、地面源节点通过地面路由将信息汇聚至簇头，寻找与该簇头节点相对应的飞机，将信息包发送至飞机节点；
[0028]S383、判断目标地面站是否在当前飞机的覆盖范围内：如果是，将信息包发送至目标节点，通信完成；如果不是，传输失败。
[0029]进一步的，在S380中，当选择卫星传输方案时，地面用户结点与目标地面站通信包括以下步骤：
[0030]S384、地面源节点判断是否可以直接通过地面路由传输至目标地面站，如果可以，通过地面路由将信息发送至目标地面站，通信完成；如果不可以，则执行S385；
[0031]S385、地面源节点通过地面路由将信息汇聚至簇头，寻找与该簇头节点相对应的卫星，将信息包发送至卫星节点；
[0032]S386、判断目标地面站是否在当前卫星的覆盖范围内，如果是，将信息包发送至目
标节点，通信完成；如果不是，则执行S387；
[0033]S387、根据卫星路由表将信息包传送至相邻卫星，并判断目标地面站是否在相邻卫星可见范围内，如果是，则通信完成；如果不是，重复该步骤直到通信完成。
[0034]本专利技术的有益效果：本专利技术提出了空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，将地面自组织网络、民航飞机与星间网络结合起来，以最小化传输时延为目标，针对路由方案进行了研究。本专利技术提出的路由方案采用用户端预判决的方法，从而达到了满足全球绝大部分地区的业务需求。
附图说明
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，其特征在于，所述空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法包括以下步骤：S100、根据地面网络拓扑结构，对地面的物联网节点进行分簇，选出簇头，信息由地面源节点汇集至簇头；S200、根据t时刻空天地融合网络的网络拓扑结构、发射功率、衰落损耗、收发端天线增益参数，得到地面
‑
飞机、地面
‑
卫星和卫星
‑
卫星间的通信容量，从而计算簇头节点利用飞机传输方案和利用卫星传输方案的时延；S300、簇头节点针对借助飞机和卫星两种传输方案，规划以最小化传输时延为目标的路由传输方案；S400、根据目标传输方案得到信息传输结果。2.根据权利要求1所述的空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，其特征在于，在S200中，所述计算簇头节点利用飞机传输方案和利用卫星传输方案，具体方法为：通信容量的计算公式为：其中，L
s
为自由空间传输损耗，L
a
为其他损耗，G
T
为发射天线增益，P
T
为发射功率，T
s
为等效噪声温度，G
R
为接收天线增益，(ε
b
/N0)
req
为比特信噪比，通过上式计算出地面用户
‑
飞机上下行、地面用户
‑
卫星上下行及卫星
‑
卫星通信容量，选择借助飞机传输方案的传输时延t
a
＝R/C
au
+R/C
ad
，其中C
au
、C
ad
分别为地面用户
‑
飞机链路上行和下行通信容量，R为数据包大小，选择借助卫星传输方案的传输时延t
s
＝R/C
su
+R/C
sd
+NR/C
ss
，其中C
su
、C
sd
、C
ss
分别为地面用户
‑
卫星链路上行、下行和星间链...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟维晓，李丽锦，陈倩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：