一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法技术

本发明专利技术涉及一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法；包括：卫星编队网络中的TSN控制器收集星内TSN终端业务需求，根据星内TSN终端业务需求分别确定有线时隙资源和无线时隙资源；对各TSN节点的端到端时延进行建模，并以端到端时延最小为目标生成初始状态下TSN节点的门控列表；分别对相邻TSN节点之间的时延大小进行测量和拟合；根据所测得的链路时延变化计算门控列表偏差，并对各TSN节点的门控列表进行补偿修正；本发明专利技术根据初始状态下TSN节点之间时延关系计算门控列表，再考虑链路的时延变化对TSN门控列表进行修正保障时敏业务流在链路时延变化的情况下能够进行稳定的传输，提高了数据传输的稳定性。提高了数据传输的稳定性。提高了数据传输的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法


[0001]本专利技术涉及通信
，具体涉及一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法。

技术介绍

[0002]随着卫星通信技术的快速发展，给人类的生活生产带来诸多技术性变革，尤其是低轨卫星编队因为其研发成本低、组网灵活、易维护、网络稳定性高等优点使得其在合成孔径雷达、电子侦察、三维立体成像等多领域有着蓬勃发展的趋势，编队飞行卫星群一般由若干颗伴随卫星和一颗中心卫星组成，卫星编队中星间距离为几米至几十千米，执行任务时需要非常高的操作精度，这对星内、星间通信系统的性能带来了新的挑战，一方面对星内通信链路要求其具备高可靠、高带宽、低时延的优点，另一方面对于星间链路同时也需要具备高可靠、低时延的优点，但现有的卫星编队往往采用尽力而为的通信方式，这无法满足时敏业务的低时延低抖动的业务需求。
[0003]在卫星编队内，根据业务的不同需求其对时间敏感程度有所差距，如何保障高优先时敏业务在有线无线融合网络中的确定性传输是提升低轨卫星之间相互协作的关键，而时间敏感网络TSN(time sensitive network,TSN)技术是新一代的确定性网络标准，目前该标准已包含时间同步、数据调度、帧抢占等协议进而保障数据在链路层传输的确定性，因此将地面有线以太网TSN技术引入到卫星编队通信中保障星内、星间数据传输的确定性是十分有必要的。
[0004]低轨卫星编队中业务流在有线、无线链路传输，其传输时延受链路情况、邻频比、负载大小等因素影响。尤其是星间无线链路的传输，由于低轨卫星编队在执行任务时队形的调整，造成卫星间会有较高速的相对运动，这将会影响时敏业务流的传输时延。若该时敏业务流恰好错过其传输的门控时隙，必然需要等到下一个传输周期才允许调度，这也就使得时敏业务出现较大的时延抖动，甚至会无法满足业务的确定性传输需求。因此需要对星内、星间融合的数据流调度门控进行修正，使其门控能够保持对齐的状态。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法，用于保障低轨卫星编队有线无线融合网络中数据的确定性传输，提高数据传输的稳定性，包括：
[0006]S1：TSN控制器收集TSN终端的业务需求，并为所有TSN终端分配无线时隙资源，并根据无线时隙资源的分配结果确定有线链路资源；
[0007]进一步地，所述业务需求包括：源节点(时敏业务流的产生节点即TSN终端)，目的节点(接收时敏业务流的节点)，时敏业务流的发送周期(即源节点产生时敏业务流的周期)，时敏业务流的数据大小(内存大小)，时敏业务流的端到端时延需求(即时敏业务流从源节点到目的节点所需要的时延需求)；因此时敏业务流f
i
表示为：
[0008][0009]其中，v
s
表示源节点，v
d
表示目的节点，T
s,i
表示时敏业务流的发送周期，B
s,i
表示时敏业务流的数据大小，表示时敏业务流f
i
的端到端时延需求。
[0010]进一步地，无线时隙资源构成TDMA超帧结构，将信道资源以超帧为周期进行划分，每个超帧包含k个时隙，单个时隙长度为L
wl
，时敏业务流按照超帧的周期长度循环执行，其中，所述超帧的周期长度设置为所有时敏业务流发送周期的最小公倍数。
[0011]进一步地，时敏业务流f
i
在卫星间通过无线链路进行传输时由w
s,t
∈{0,1}决定TDMA的第t个时隙是否属于TSN终端v
s
，当w
s,t
＝1表示TDMA的第t个时隙属于TSN终端v
s
，反之TDMA的第t个时隙则不属于TSN终端v
s
，其中，w
s,t
表示时隙t分配的决策变量，为满足每个TDMA的时隙只分配给一个TSN终端，需要满足：
[0012][0013]其中，N表示有线无线融合卫星编队时间敏感网络中TSN终端的数量，k表示TDMA的时隙数量。
[0014]当无线时隙分配好后，有线侧采用IEEE 802.1Qbv调度机制，可确保星内时敏业务确定性到达星内输出端口，则此时可以通过无线时隙位置刻画出有线侧门控列表位置，从而让时敏业务流无需在TSN网关产生排队时延。为了在融合调度中保持调度的统一性，有线调度的门控列表周期长度设置方式与无线TDMA超帧长度的设置方式类似，其周期长度同样被设置为时敏业务流周期的最小公倍数。时敏业务流f
i
在星内有线链路传输时由决策变量o
s,g
∈{0,1}决定第t个门控是否属于TSN终端v
s
，若取值为1时表示第t个门控属于TSN终端，时敏业务流f
i
允许被调度；否则表示第t个门控不属于TSN终端，时敏业务流f
i
不允许被调度。
[0015]S2：根据无线时隙资源和有线链路资源计算时敏业务流在两个TSN节点之间的端到端传输时延(时敏业务流从一个TSN节点传输到另一个TSN节点所需要的时延)，并以时敏业务流在两个TSN节点之间的端到端传输时延最小为优化目标，以时敏业务流的开始传输时间为第一约束、以时敏业务流在卫星内有线侧TSN节点的发送时间为第二约束条件、以时敏业务流在卫星间有线无线融合网关TSN节点的发送时间为第三约束条件和时敏业务流的端到端时延需求为第四约束采用整数非线性规划算法生成各TSN节点的初始门控列表；
[0016]优选地，所述时敏业务流在两个TSN节点之间的端到端传输时延表示为：
[0017][0018][0019]其中，D
s,i
表示时敏业务流从TSN终端v
s
传输到TSN终端v
d
的端到端传输时延，h表示时敏业务流从TSN终端v
s
传输到TSN终端v
d
需要经过的有线链路总数；n表示时敏业务流从TSN终端v
s
传输到TSN终端v
d
需要经过的无线链路总数；表示单跳有线链路的传播时延；表示单跳有线链路的传输时延；D
s,i,proc
表示TSN交换机的处理时延；表示单跳无线链路的传播时延(传播时延是数据在传播媒介上消耗的时间)；为单跳无
线链路的传输时延(传输时延是数据的一个发送时延，由设备发送该数据所花费的时间)；为单跳无线链路传输的等待时延。
[0020]优选地，无线链路传输的等待时延定义为时敏业务流到达无线侧TSN节点的时刻与分配到该时敏业务流对应的TDMA时隙之间所需要的等待时间，那么无线链路传输的等待时延表示为：
[0021][0022][0023]其中，T
s,i
表示TSN终端v
s
产生时敏业务流f
i
的周期(即时敏业务流的发送周本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法，其特征在于，包括：S1：TSN控制器收集TSN终端的业务需求，并为所有TSN终端分配无线时隙资源，并根据无线时隙资源的分配结果确定有线链路资源；S2：根据无线时隙资源和有线链路资源计算时敏业务流在两个TSN节点之间的端到端传输时延，并以时敏业务流在两个TSN节点之间的端到端传输时延最小为优化目标，以时敏业务流的开始传输时间为第一约束、以时敏业务流在卫星内有线侧TSN节点的发送时间为第二约束条件、以时敏业务流在卫星间有线无线融合网关TSN节点的发送时间为第三约束条件和时敏业务流的端到端时延需求为第四约束采用整数非线性规划算法生成各TSN节点的初始门控列表；S3：各TSN节点分别测量其与相邻的TSN节点之间的链路时延；根据所测量的链路时延变化计算各TSN节点的门控列表偏差，并根据当前的链路时延变化值设置时敏业务流的传输保护带并对TSN节点的门控列表进行修正使得各TSN节点的门控列表在链路时延变化的情形下依旧与相邻TSN节点的门控列表保持对齐的状态。2.根据权利要求1所述的一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法，其特征在于，所述业务需求包括：源节点，目的节点，时敏业务流的发送周期，时敏业务流的数据大小，时敏业务流的端到端时延需求。3.根据权利要求1所述的一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法，其特征在于，无线时隙资源构成TDMA超帧结构，将信道资源以超帧为周期进行划分，每个超帧包含k个时隙，单个时隙长度为L
wl
，时敏业务流按照超帧的周期长度循环执行，其中，所述超帧的周期长度设置为所有时敏业务流发送周期的最小公倍数。4.根据权利要求3所述的一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法，其特征在于，时敏业务流f
i
在卫星间无线链路传输时由w
s,t
∈{0,1}决定TDMA的第t个时隙是否属于TSN终端v
s
，当w
s,t
＝1表示TDMA的第t个时隙属于TSN终端v
s
，反之TDMA的第t个时隙则不属于TSN终端v
s
，其中，w
s,t
表示时隙t分配的决策变量，为满足每个TDMA的时隙只分配给一个TSN终端，需要满足：其中，N表示TSN终端的数量，k表示TDMA的时隙数量。5.根据权利要求1所述的一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法，其特征在于，所述时敏业务流在两个TSN节点之间的端到端传输时延表示为：其特征在于，所述时敏业务流在两个TSN节点之间的端到端传输时延表示为：其中，D
s,i
表示时敏业务流从TSN终端v
s
传输到TSN终端v
d
的端到端传输时延，h表示时敏业务流从TSN终端v
s
传输到TSN终端v
d
需要经过的有线链路总数；n表示时敏业务流从TSN终端v
s
传输到TSN终端v
d
需要经过的无线链路总数；表示单跳有线链路的传播时延；表示单跳有线链路的传输时延；D
s,i,proc
表示TSN交换机的处理时延；表示单跳
无线链路的传播时延；为单跳无线链路的传输时延；为单跳无线链路传输的等待时延。6.根据权利要求5所述的一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法，其特征在于，所述无线链路传输的等待时延包括：其特征在于，所述无线链路传输的等待时延包括：其中，T
s,i
表示TSN终端v
s
产生时敏业务流f
i
的周期；H表示TDMA的周期长度；L
wl
表示TDMA单个时隙的长度；k表示TDMA中时隙的数量；w
s,t
表示TDMA中的第t个时隙是否分配给TSN终端v
s
的决策变量，当w
s,t
＝1表示TDMA中的第t个时隙属于TSN终端v
s
，反之则不属于TSN终端v
s
；p表示TSN终端v
s
在超帧中的第p个子周期。7.根据权利要求1所述的一种有线无线融合卫星编队时间敏感网络的门控对齐方法，其特征在于，所述以时敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐川，纪伟星，赵国锋，邢媛，蔡创，张小林，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：