【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，特别涉及一种基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法及装置。
技术介绍
1、随着科技的不断进步和人类对通信网络不断出现的新需求，空间、天空和地面的一体化通信网络已经成为了当今社会信息通信领域的热门研究方向。
2、为了满足不同应用领域的通信需求，空天地一体化网络需要能够在如远程监控、紧急救援、环境监测等多个环境中提供可靠、高效的链路连接。在空天地一体化网络中，地面设备可通过无人机中继，实现地面设备到低轨卫星的链路连接，但实现这一链路连接却面临一系列挑战。首先，地面设备和低轨卫星之间的通信距离较远，信号传输的路径损耗相当大且易受干扰，导致信号强度下降严重；其次，无人机中继环节的可靠性和稳定性直接关系到整个网络链路连接的质量，且无人机的飞行环境和状态的不稳定性增加了链路中断的风险；此外，不同应用场景对于链路的带宽和时延要求也有所不同。为目前现有的空天地一体化网络可靠接入方案，尚无法满足系统稳定性和可靠性要求。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法及装置，以解决目前现有的空天地一体化网络可靠接入方案，尚无法满足系统稳定性和可靠性要求的技术问题，保障由地面设备到卫星的稳定链路连接。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供了一种基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，所述基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法包括：
4、构建空
5、将中继无人机和低轨卫星通信所占用的频带资源进行划分，使每个中继无人机在不同的频带中工作；并将中继无人机与地面智能终端通信所占用的频带资源进行划分，使不同地面智能终端各自通信在不相干的子信道中；
6、将地面智能终端到低轨卫星的上行链路的传输容量与接收信号强度结合，作为性能指标，将中继无人机与地面智能终端的链路接入问题构造为背包问题；
7、针对构造的背包问题，构造中继无人机到地面智能终端链路的状态转移方程，采用动态规划的算法求出中继无人机到地面智能终端间的最佳链路接入方案。
8、进一步地，所述空天地一体化网络系统模型的网络架构是由一颗低轨卫星，m个中继无人机和n个地面智能终端组成的分层通信网络；
9、其中，所有中继无人机和地面智能终端都在低轨卫星的覆盖范围内，且每个中继无人机都为一组地面智能终端服务；地面智能终端与中继无人机，以及中继无人机和低轨卫星之间的通信为视线传输，信道采用rice信道衰落。
10、进一步地，所述背包问题表示为：
11、
12、
13、c2:hmin≤hm≤hmax,
14、c3:||dm-dn||2δm,n≤dmax,
15、c4:rm,n≥rmin,
16、
17、其中，δm.n表示第m个中继无人机与第n个地面智能终端间的链路状态，δm.n∈{0,1}，当δm.n＝1表示链路存在，反之则不存在；n表示系统中的地面智能终端的数量；m表示系统中的中继无人机的数量；cm,n表示由第n个地面智能终端为源节点经第m个中继无人机中继到低轨卫星的链路传输容量；rm,n表示第m个中继无人机所接收到的第n个地面智能终端发送信号的信号接收强度；vm,n表示以第n个地面智能终端为源节点经第m个中继无人机中继到低轨卫星的链路价值；α与β为链路价值vm,n中链路传输容量与信号接收强度各自的权重；delaym,n表示第n个地面智能终端所发出的数据包经第m个中继无人机传输到低轨卫星的传输时延；delaymax表示第n个地面智能终端所发出的数据包经第m个中继无人机传输到低轨卫星所能承受的最大传输时延；hm表示第m个中继无人机的高度；hmin表示中继无人机允许的最低高度；hmax表示中继无人机允许的最高高度；dm表示第m个中继无人机的位置；dn表示第n个地面智能终端的位置；k表示中继无人机与地面智能终端通信所占用的频带资源被划分出的子信道数量；dmax表示中继无人机到地面智能终端的最大距离；rmin表示中继无人机所能接收到的最小信号强度。
18、进一步地，所述背包问题有c1-c5共5个约束条件；其中，c1表示对于中继无人机为地面智能终端提供中继传输服务的数据包最大平均时延不高于delaymax；c2限制了中继无人机的垂直高度在区间[hmin,hmax]内；c3和c4分别限制了中继无人机与地面智能终端间要求建立链路的最小距离与最小接收信号强度，以保障中继无人机到所连接的地面智能终端间链路的稳定性；c5表示中继无人机最多与k个地面智能终端保持连接链路，以确保k条子信道间的信号不发生同频干扰。
19、进一步地，所述状态转移方程表示为：
20、pm(n,j)＝max{pm(n-1,j),vm,n+p(n-1,j-delaym,n)}
21、其中，pm(n,j)表示为前n个节点中，总时延代价为j时的第m个中继无人机所连接的链路的最大价值，即且满足j≤n·delaymax；pm(n-1,j)表示为前n-1个节点中，总时延代价为j时的第m个中继无人机所连接链路的最大价值；p(n-1,j-delaym,n)表示为前n-1个节点中，总时延代价为j-delaym,n时的第m个中继无人机所连接链路的最大价值。
22、进一步地，所述采用动态规划的算法求出中继无人机到地面智能终端间的最佳链路接入方案，包括：
23、步骤一：初始化地面智能终端位置、中继无人机位置、低轨卫星高度hs以及最大传输时延delaymax；
24、步骤二：初始化动态规划状态矩阵s与中继无人机到地面智能终端的链路状态矩阵l，以及索引参数n；
25、步骤三：计算第n个地面智能终端到低轨卫星的传输容量与各中继无人机所接收到来自地面智能终端的信号接收强度，计算中继无人机到地面智能终端的传输时延；
26、步骤四：判断中继无人机到第n个地面智能终端的链路是否满足约束条件，若满足，则依据状态转移方程更新状态矩阵；否则n＝n+1，执行步骤三；
27、步骤五：判断地面智能终端是否全部遍历，若完成遍历，基于动态规划状态矩阵s进行回溯，更新链路状态矩阵l；否则n＝n+1，执行步骤三；
28、步骤六：按步骤一到步骤五计算所有中继无人机到地面智能终端的链路状态矩阵。
29、另一方面，本专利技术还提供了一种基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入装置，所述基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入装置包括：
30、网络系统模型构建模块，用于构建空天地一体化网络系统模型；其中，所述空天地一体化网络系统模型包括：低轨卫星、中继无人机以及地面智能终端；
31、频带资源划分模块，用于将中继无人机和低轨卫星通信所占用的频带资源进行划分，使本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，其特征在于，所述空天地一体化网络系统模型的网络架构是由一颗低轨卫星，M个中继无人机和N个地面智能终端组成的分层通信网络；
3.如权利要求2所述的基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，其特征在于，所述背包问题表示为：
4.如权利要求3所述的基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，其特征在于，所述背包问题有C1-C5共5个约束条件；其中，C1表示对于中继无人机为地面智能终端提供中继传输服务的数据包最大平均时延不高于Delaymax；C2限制了中继无人机的垂直高度在区间[Hmin,Hmax]内；C3和C4分别限制了中继无人机与地面智能终端间要求建立链路的最小距离与最小接收信号强度，以保障中继无人机到所连接的地面智能终端间链路的稳定性；C5表示中继无人机最多与K个地面智能终端保持连接链路，以确保K条子信道间的信号不发生同频干扰。
5.如权利要求4所述的基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，
6.如权利要求5所述的基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，其特征在于，所述采用动态规划的算法求出中继无人机到地面智能终端间的最佳链路接入方案，包括：
7.一种基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，其特征在于，所述空天地一体化网络系统模型的网络架构是由一颗低轨卫星，m个中继无人机和n个地面智能终端组成的分层通信网络；
3.如权利要求2所述的基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，其特征在于，所述背包问题表示为：
4.如权利要求3所述的基于链路容量的空天地一体化网络可靠接入方法，其特征在于，所述背包问题有c1-c5共5个约束条件；其中，c1表示对于中继无人机为地面智能终端提供中继传输服务的数据包最大平均时延不高于delaymax；c2限制了中继无人机的垂直...
【专利技术属性】
技术研发人员：张海君，夏清悦，梁琰，刘占献，任超，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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