一种双层海事卫星通信星座多任务效能评估方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种双层海事卫星通信星座多任务效能评估方法和系统，方法中首先解析单颗通信卫星的工作机制，并划分成不同的处理模块；其次通过分析星座网络的用户服务需求，针对不同的任务类型，搭建不同功能模块间的复杂关系，基于不同的任务需求构建各类任务的

【技术实现步骤摘要】
一种双层海事卫星通信星座多任务效能评估方法和系统


[0001]本专利技术属于卫星通信
，尤其涉及一种双层海事卫星通信星座多任务效能评估方法和系统
。

技术介绍

[0002]卫星星座是一个包含用户段
、
空间段
、
地面段的空间立体互联网络，多层星座网络可以不间断地与环境交互，它们需要实现所需的功能，进而完成多种任务类型，因此需要详细阐述各种功能的实现和各类任务之间的关系
。
任务效能是在规定条件下和给定的时间内，系统能完成特定任务要求的概率，反映系统的最终效能和根本质量特征，对星座网络的设计
、
优化及应用具有重要意义
。
与单层网络相比，多层卫星网络组网更加灵活
、
抗毁能力强，服务功能也更加多样化和综合化，可以实现各种轨道高度卫星星座的优势互补
。
因此，多层卫星组网是未来卫星网络发展的理想模式
。
如何对多层海事卫星通信星座多任务场景的效能进行评估，成为海事卫星通信领域要解决的一个重要课题
。
[0003]目前已经提出的多种效能评估的方法，根据获取评估结果的途径，可分为三类：（1）经验与解析评估法，即依赖历史经验和主观判断，通过专家打分
、
群体多属性决策等方法通过构建效能指标间的解析式进行评估，如
ADC
法，
AHP
法，
DEA
法，模糊综合评价法及将多种理论成果与评价技术相结合的方法<br/>。
该类方法适用于难以完全量化且结构相对简单的问题，但缺乏客观性，且大都未能考虑系统结构间的关系，无法体现复杂系统的涌现性和非线性特点
。
（2）仿真与大数据评估法，即根据系统结构构建仿真模型，对仿真结果进行统计分析，或者根据仿真数据结合数据挖掘
、
机器学习等手段建立效能评估模型
。
该方法能够有效模拟系统的复杂特性和涌现特性，但随着体系复杂度升高，仿真规模逐渐庞大，仿真过程更加耗时，对算法也提出了更高的要求
。
（3）网络模型评估法，即通过网络模型描述体系元素及其关联关系，利用网络性质来评估系统的效能
。
网络化的评估方法相较于其他方法，能够更好地描述体系内部结构，便于分析体系的整体性
、
涌现性等特点，但主要集中在武器装备领域
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种双层海事卫星通信星座多任务效能评估方法和系统
。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种双层海事卫星通信星座多任务效能评估方法，包括：根据海事卫星通信星座的组成要素以及要素之间的传递关系进行建模，得到海事卫星通信星座
GERT
网络的基本构成单元；根据双层海事卫星通信星座的处理结构及功能，构建基于不同处理层级的海事卫星通信星座信令传输关系模型；根据海事卫星通信星座的应用场景划分海事卫星通信星座的功能及用户类型，得到各类任务的结构框图；
根据海事卫星通信星座各类任务的结构框图，解析双层海事卫星通信星座的工作机制并划分其处理模块，结合各类任务的需求模块及处理层级要求，构建不同任务类型的海事卫星通信星座
GERT
信令传输图；构建海事卫星通信星座的模型，确定不同任务类型的海事卫星通信星座
GERT
信令传输图中各功能模块的传输路径；根据各功能模块的传输路径，确定各功能模块端到端的期望完成时间及方差；根据各功能模块的期望完成时间，确定各通信链路的期望完成时间，结合每类任务中各通信链路的重要度，得到双层海事卫星通信星座各类任务的任务效能；将双层海事卫星通信星座各类任务的任务效能按照对应的重要度和联得到双层海事卫星通信星座的多任务效能
。
[0006]进一步地，所述根据各功能模块的传输路径，确定各功能模块端到端的期望完成时间及方差，包括：在给定数据包传输大小的情况下，根据以下公式计算各功能模块端到端的期望完成时间
t
q
：
t
q
=t
uplink
+t
sat
+t
cross
+t
transmission
+t
GMCC
+t
downlink
；；；；；；
其中，
t
transmission
为在给定任务数据包大小情况下的传输时间；
t
sat
为卫星节点的处理时间；
t
cross
为卫星节点间的传播时间；
t
uplink
为从地面到卫星节点的传播时间；
t
downlink
为从卫星节点到地面的传播时间；
t
GMCC
为从卫星节点到信关站的传播时间；
H
L
为
LEO
卫星的轨道高度；
H
G
为
GEO
卫星的轨道高度；
C
为光速；
m
为双层海事卫星通信星座中功能模块的编号；
J
为
LEO
卫星的总数量；
r
为双层海事卫星通信星座的采样周期；
t
s
为
LEO
星座在
STK
仿真中运行时间；
S
为时隙总数，
S=(t
s
·
60/r)+1
；
p
sij
为卫星
i
与卫星
j
在时隙
s
的最短路径；
d
sij
为卫星
i
与卫星
j
在时隙
s
的最短路径的距离；
k
sij
为最短路径
p
sij
中包含的卫星数目；
D
为两颗
GEO
卫星间的距离；
K
为完成功能模块
m=25,26
的星际链路中包含的
GEO
卫星数目；
P
为待传输的数据包大小，单位为
Byte
；为
LEO
星间链路宽带速率；为
LEO
星间链路窄带速率；为
GEO
星间链路宽带速率；为
GEO
星间链路窄带速率；
d
为卫星
j
到地心的距离；
α
为卫星
i
和卫星
j
所夹地心角；卫星节点的处理时间
t
sat
服从均值为
μ
sat
，方差为
σ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双层海事卫星通信星座多任务效能评估方法，其特征在于，包括：根据海事卫星通信星座的组成要素以及要素之间的传递关系进行建模，得到海事卫星通信星座
GERT
网络的基本构成单元；根据双层海事卫星通信星座的处理结构及功能，构建基于不同处理层级的海事卫星通信星座信令传输关系模型；根据海事卫星通信星座的应用场景划分海事卫星通信星座的功能及用户类型，得到各类任务的结构框图；根据海事卫星通信星座各类任务的结构框图，解析双层海事卫星通信星座的工作机制并划分其处理模块，结合各类任务的需求模块及处理层级要求，构建不同任务类型的海事卫星通信星座
GERT
信令传输图；构建海事卫星通信星座的模型，确定不同任务类型的海事卫星通信星座
GERT
信令传输图中各功能模块的传输路径；根据各功能模块的传输路径，确定各功能模块端到端的期望完成时间及方差；根据各功能模块的期望完成时间，确定各通信链路的期望完成时间，结合每类任务中各通信链路的重要度，得到双层海事卫星通信星座各类任务的任务效能；将双层海事卫星通信星座各类任务的任务效能按照对应的重要度和联得到双层海事卫星通信星座的多任务效能
。2.
根据权利要求1所述的一种双层海事卫星通信星座多任务效能评估方法，其特征在于，所述根据各功能模块的传输路径，确定各功能模块端到端的期望完成时间及方差，包括：在给定数据包传输大小的情况下，根据以下公式计算各功能模块端到端的期望完成时间
t
q
：
t
q
=t
uplink
+t
sat
+t
cross
+t
transmission
+t
GMCC
+t
downlink
；；；；；
；其中，
t
transmission
为在给定任务数据包大小情况下的传输时间；
t
sat
为卫星节点的处理时间；
t
cross
为卫星节点间的传播时间；
t
uplink
为从地面到卫星节点的传播时间；
t
downlink
为从卫星节点到地面的传播时间；
t
GMCC
为从卫星节点到信关站的传播时间；
H
L
为
LEO
卫星的轨道高度；
H
G
为
GEO
卫星的轨道高度；
C
为光速；
m
为双层海事卫星通信星座中功能模块的编号；
J
为
LEO
卫星的总数量；
r
为双层海事卫星通信星座的采样周期；
t
s
为
LEO
星座在
STK
仿真中运行时间；
S
为时隙总数，
S=(t
s
·
60/r)+1
；
p
sij
为卫星
i
与卫星
j
在时隙
s
的最短路径；
d
sij
为卫星
i
与卫星
j
在时隙
s
的最短路径的距离；
k
sij
为最短路径
p
sij
中包含的卫星数目；
D
为两颗
GEO
卫星间的距离；
K
为完成功能模块
m
的星际链路中包含的
GEO
卫星数目，
m=25,26
；
P
为待传输的数据包大小，单位为
Byte
；为
LEO
星间链路宽带速率；为
LEO
星间链路窄带速率；为
GEO
星间链路宽带速率；为
GEO
星间链路窄带速率；
d
为卫星
j
到地心的距离；
α
为卫星
i
和卫星
j
所夹地心角；卫星节点的处理时间
t
sat
服从均值为
μ
sat
，方差为
σ
sat
的正态分布，当
m=1,2,
…
,24
时：；；；
；其中，
μ
sij
为卫星
i
与卫星
j
在时隙
s
的卫星节点处理时间；
σ
sij
为卫星
i
与卫星
j
在时隙
s
的卫星节点处理时间的方差；
μ
gnz
(AS)
为功能模块
m
的接入卫星处理层级活动分布均值；
μ
gnz
(RS)
为功能模块
m
的中继卫星处理层级活动分布均值...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵瑞瑞，游伟青，
申请(专利权)人：江苏开放大学江苏城市职业学院，
类型：发明
国别省市：