一种用于全球组网观测卫星星座的星间网络制造技术

本发明专利技术涉及星间网络信息传输技术领域，提出一种用于全球组网观测卫星星座的星间网络，其中星间网络通过构造星间网络优化问题并且基于负载加权的Dijkstra方法求解星间网络优化问题。该星间网络优化了星间链路的平均传输时延，保证了重要信息的高时效发送。并且可以有效地使得单条链路上的流量可以通过多路径传输以实现负载均衡，避免了网络中的链路拥塞，获得了较好的链路均衡的效果。获得了较好的链路均衡的效果。获得了较好的链路均衡的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于全球组网观测卫星星座的星间网络


[0001]本专利技术总的来说涉及星间网络信息传输
具体而言，本专利技术涉及一种用于全球组网观测卫星星座的星间网络。

技术介绍

[0002]全球组网观测卫星星座一般由多个轨道面组成，每个轨道面均匀分布多颗卫星。所述星座的卫星之间通过星间链路传输信息，所述星间链路是双向链路，可以双向传输信息。每颗卫星拥有四条星间链路，包括两条轨道面内的长期星间链路，其与轨道面内相邻的两颗卫星保持持续的通联；以及两条轨道面间的星间链路，其根据具体的可见关系与东向以及及西向相邻轨道面的卫星根据通联关系依次建立星间链路，在不同时段的星间链路维持时间也有所不同。
[0003]全球组网观测卫星星座需要在任意时间保证全网任意卫星之间的的信息传输。现有技术中在进行信息传输的过程中通常使用基于单一策略的方法，例如LHP(Least Hops Path最小跳数路径)方法，存在信息传输集中于少数甚至单一的星间链路上造成链路拥塞的问题。

技术实现思路

[0004]为至少部分解决现有技术中全球组网观测卫星星座在进行信息传输时信息传输集中于少数甚至单一的星间链路上造成的链路拥塞问题，本专利技术提出一种用于全球组网观测卫星星座的星间网络，
[0005]所述星间网络用于表示全球组网观测卫星星座的星间信息传输，其中通过构造星间网络优化问题以优化星间网络时延以及优化星间网络流量负载，其中将对于星间网络的时延优化构造为第一优化问题，所述第一优化问题表示为下式：
[0006][0007]其中，f(delay)表示时延优化目标函数，w
s
表示第s条信息的传输时延权重，表示第s条信息的传输路径所选择的第k条边以及C表示光速；以及
[0008]将对于星间网络的流量负载优化构造为第二优化问题，所述第二优化问题表示为下式：
[0009][0010]其中，f(debit)表示流量优化目标函数，w
debits
表示第s条信息的传输流量权重，Debit
s
表示第s条信息的传输流量，表示e
k
确认是否在传输路径上的判断函数；以及
[0011]基于负载加权的Dijkstra方法求解所述星间网络优化问题，其中包括下列步骤：
[0012]确定星间网络的星间链路可连通矩阵；
[0013]对待传输信息进行优先级排序；
[0014]确定星间链路的最大负载；以及
[0015]基于Dijkstra方法计算信息的传输路径，包括下列步骤：
[0016]计算传输路径加权矩阵，所述传输路径加权矩阵包括星间链路的Dijkstra权重，其中第一次计算时，根据每条星间链路的传输路径长度，计算其传输时延作为每条星间链路的Dijkstra权重；
[0017]对最高优先级的信息进行Dijkstra的最短路径计算，生成Dijkstra最短传输路径；
[0018]计算所述Dijkstra最短传输路径上每条星间链路的负载；
[0019]根据所述最大负载计算是否存在星间链路超过最大负载，当存在时排除超过最大负载的星间链路，重新进行Dijkstra计算；当不存在时，根据每条星间链路已经累加的负载生成新的Dijkstra权
[0020]重，更新传输路径加权矩阵；以及
[0021]根据优先级从高到低重复上述基于Dijkstra方法计算信息的传输路径的步骤。
[0022]在本专利技术一个实施例中规定，将星间网络的连接关系表示为卫星节点sat以及卫星节点之间的边e；
[0023]将星间网络的星间链路的连通性表示为星间链路可连通矩阵A＝{a
ij
}，其中a
ij
表示卫星节点sat
i
和sat
j
之间的星间链路连通关系；以及
[0024]将卫星之间的信息传输路径表示为所述信息从源卫星节点sat
o
传输至目的卫星节点sat
d
经过的边Path(o，d)，如下式所示：
[0025]Path(o，d)＝{e1，e2，...，e
T
}
[0026]其中，e
T
表示从源卫星节点sat
o
传输至目的卫星节点sat
d
经过的第T条边。
[0027]在本专利技术一个实施例中规定，根据卫星节点sat
i
和sat
j
之间的星间传输距离L
ij
确定所述卫星节点sat
i
和sat
j
之间的星间链路连通关系a
ij
，表示为下式：
[0028][0029]其中，L
min
，L
max
分别表示星间网络的卫星节点之间的最小星间传输距离和最大星间传输距离。
[0030]在本专利技术一个实施例中规定，最小星间传输距离L
min
根据卫星的观测能力确定；以及
[0031]最大星间传输距离L
max
根据下式计算：
[0032]L
max
＝2
×
(H
s
+R
e
)
×
sin(θ
ISL
/2)
[0033]其中，H
s
表示卫星的高度，R
e
表示地球的半径，θ
ISL
表示最大通信地心角表示为θ
ISL
。
[0034]在本专利技术一个实施例中规定，通过路径包括函数确定所述边是否包括在路径中，表示为下式：
[0035][0036]在本专利技术一个实施例中规定，根据待传输信息的任务类型以及数据类型对待传输信息进行优先级排序。
[0037]在本专利技术一个实施例中规定，根据待传输信息的数据量计算每种类型的待传输信息的总和，并且确定星间链路的最大负载，所述最大负载包括2/3带宽或者1/2带宽。
[0038]本专利技术至少具有如下有益效果：通过本专利技术对优先级高的信息采取时延较低的传输策略传输，在不超过最大时延要求的情况下，分散高负载的链路流量，低优先级采用较高时延链路传输，实现流量均衡。相比现有技术中基于单一策略的信息传输方法，本专利技术优化了星间链路的平均传输时延，保证了重要信息的高时效发送。并且可以有效地使得单条链路上的流量可以通过多路径传输以实现负载均衡，避免了网络中的链路拥塞，获得了较好的链路均衡的效果。
附图说明
[0039]为进一步阐明本专利技术的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本专利技术的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本专利技术的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
[0040]图1示出了本专利技术一个实施例中全球组网观测卫星星座的网络拓扑示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于全球组网观测卫星星座的星间网络，其特征在于，所述星间网络用于表示全球组网观测卫星星座的星间信息传输，其中通过构造星间网络优化问题以优化星间网络时延以及优化星间网络流量负载，其中将对于星间网络的时延优化构造为第一优化问题，所述第一优化问题表示为下式：其中，f(delay)表示时延优化目标函数，w
s
表示第s条信息的传输时延权重，表示第s条信息的传输路径所选择的第k条边以及C表示光速；以及将对于星间网络的流量负载优化构造为第二优化问题，所述第二优化问题表示为下式：其中，f(debit)表示流量优化目标函数，w
debits
表示第s条信息的传输流量权重，Debit
s
表示第s条信息的传输流量，表示e
k
确认是否在传输路径上的判断函数；以及基于负载加权的Dijkstra方法求解所述星间网络优化问题，其中包括下列步骤：确定星间网络的星间链路可连通矩阵；对待传输信息进行优先级排序；确定星间链路的最大负载；以及基于Dijkstra方法计算信息的传输路径，包括下列步骤：计算传输路径加权矩阵，所述传输路径加权矩阵包括星间链路的Dijkstra权重，其中第一次计算时，根据每条星间链路的传输路径长度，计算其传输时延作为每条星间链路的Dijkstra权重；对最高优先级的信息进行Dijkstra的最短路径计算，生成Dijkstra最短传输路径；计算所述Dijkstra最短传输路径上每条星间链路的负载；根据所述最大负载计算是否存在星间链路超过最大负载，当存在时排除超过最大负载的星间链路，重新进行Dijkstra计算；当不存在时，根据每条星间链路已经累加的负载生成新的Dijkstra权重，更新传输路径加权矩阵；以及根据优先级从高到低重复上述基于Dijkstra方法计算信息的传输路径的步骤。2.根据权利要求1所述的用于全球组网观测卫星星座的星间网络，其特征在于：将星间网络的连接关系表示为卫星节点sat以及卫星节点之间的边e；将星间网络的星间链路的连通性表示为星间链路可连通矩阵A＝{a
ij
}，其中a
ij
表示卫星节点sat
i
和sat
j
之间的星间链路连通关系；以及将卫星之间的信息传输路径表示为所述信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晟宇，胡海鹰，李永超，张伟，李宇晴，崔永康，董飞虎，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：