【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于网络通信，涉及一种卫星网络拓扑规划方法、装置和存储介质，能够实现无主星分布式地对全网拓扑进行计算规划并自主控制星间建链。
技术介绍
1、卫星星座网络是以卫星为网络节点，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统。星间链路越来越多地被引入到卫星星座网络的设计中，其对于解耦地面站控制、提高星座运行自主性及实现卫星网络高可靠、高时效、自组网有着关键的支撑价值。当前国内外以无线通信、对地观测等目的正在计划或实施多个规划有星间链路的大型卫星星座项目。对于使用星间链路在卫星之间传输信息的卫星星座网络，其节点数量多且时刻在轨道上处于运动状态，网络节点之间不能保持时刻可见，链路需要动态切换，拓扑结构会发生动态变化，卫星与卫星间的建链选择具有多样性和时变性。因此如何实现卫星星座网络高效、优化的拓扑规划对于实现卫星星座网络组网具有重要意义。
2、当前卫星星座有规模化、复杂化、网络化的发展趋势，对网络自主动态运行、可靠弹性抗毁提出了更高的要求。当前现有的地面集中式卫星网络拓扑规划需依赖地面站计算和规划，自主性差、无弹性抗毁能力。因此，无主星分布式的卫星网络拓扑规划技术是满足未来大规模卫星星座网络拓扑管理的必由技术路径。
3、当前，学术界针对卫星星座网络拓扑规划提出了一些方法。中国空间技术研究院于2015年在《航空学报》提出了一种基于模拟退火的启发式优化算法对链路分配问题进行求解；上海微小卫星工程中心提出的“一种卫星导航系统时变星间链路网络拓扑规划方法”(cn201910474731.2)尝试对动态变化的空间网络进行拓
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，包括：
2、步骤1，获取本星的链路状态、轨道数据和天线参数，形成单星状态信息表；
3、步骤2，通过洪泛协议，所述单星状态信息表在网络内传播与同步，各节点建立反映全网状态的网络状态数据库；
4、步骤3，依据所述网络状态数据库的信息，各节点分布式开展轨道外推和可见性计算工作，生成全网链路可见性布尔矩阵，并面向星座任务需求，采用拓扑规划算法为全网卫星节点分布式规划未来一个周期的建链方案，生成拓扑规划表；
5、步骤4，全网卫星分布式从所述拓扑规划表中提取本星参与的建链过程，结合姿轨控计算机的姿态信息，计算星间链路终端转台转动角度和建断链时机，并通过星内总线实时控制星间链路终端转动和建链，最终全网构建完成网络拓扑。
6、特别地，所述步骤1中，从星间链路终端获取本星与星间链路终端的可通性和可用性信息，从导航接收机获取收集本星实时轨道数据、卫星发射前预置的星间链路安装角度及其转动范围信息，形成单星状态信息表。
7、特别地，所述星间链路终端的可通性，包括链路锁定状态、链路信噪比和链路传输速率。
8、特别地，所述的星间链路终端的可用性包括链路终端健康状态、链路开通关闭计划。
9、特别地，所述步骤2采用交换协议，在卫星间交互数据库描述包，采用洪泛协议，在卫星间交互包含完整数据库条目信息的星间链路状态更新包、请求整个数据库信息的星间链路状态请求包、为保证正确发送和接收数据库而发送的星间链路状态确认包，实现单星状态全网通告，完成各卫星节点对全网状态的同步。
10、特别地，该方法还包括步骤5，在卫星星座网络中，星间链路终端可实时获知各星间链路终端链路的可通性和可用性信息，在星座中卫星节点或链路出现被毁或故障情况下，重新回到步骤2，进行网络状态数据库洪泛和同步，并在可见性三维布尔矩阵中将不可用链路置为不可见，依据此重新规划全网拓扑，从而实现网络拓扑抗毁重构和星座弹性组网。
11、本专利技术提出了一种无主星分布式卫星网络拓扑规划装置，包括：
12、单星状态信息收集模块，用于获取本星的链路状态、轨道数据和天线参数，形成单星状态信息表；
13、状态信息洪泛模块，用于通过洪泛协议，单星状态信息表在网络内传播与同步，各节点建立反映全网状态的网络状态数据库；
14、拓扑规划模块，用于依据所述网络状态数据库的信息，各节点分布式开展轨道外推和可见性计算工作，生成全网链路可见性布尔矩阵，并面向星座任务需求，采用优拓扑规划算法为全网卫星节点分布式规划未来一个周期的建链方案，生成拓扑规划表；
15、拓扑控制模块，用于全网卫星分布式从所述拓扑规划表中提取本星参与的建链过程，结合姿轨控计算机的姿态信息，计算星间链路终端转台转动角度和建断链时机，并通过星内总线实时控制星间链路终端转动和建链，最终全网构建完成网络拓扑。
16、本专利技术提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现无主星分布式卫星网络拓扑规划方法。
17、有益效果：
18、(1)本专利技术的方案融合利用全网卫星状态信息，通过洪泛实现全网各节点状态信息同步，实现了分布式自主规划星间链路数量多、网络拓扑稳定性好、网络节点覆盖度高的网络拓扑。
19、(2)本专利技术的方案分布式完成网络拓扑规划，在网络中少量卫星或链路损坏情况下，仍能完成全网拓扑构建，具有较高的网络可靠弹性抗毁能力。
20、(3)本专利技术的方案实现无主星分布式卫星网络拓扑自主规划，不依赖地面控制，网络自主性强，基于全网状态信息协同，可获得链路数多、拓扑结构稳定的最优网络。
21、(4)节点分布式协作，单节点故障不影响网络拓扑构建，可靠性高，面向任务需求规划拓扑，能满足不同业务的网络性能指标，链路状态实时监测与重构，可实现弹性抗毁，提高网络存活能力。
22、(5)本专利技术的方案分布式协作减少计算量，规划周期短，适用于大规模卫星网络，方法简洁高效，计算量小，易于工程实现，具有实用价值，可扩展应用于其他空间网络和航空网格网络的拓扑管理。
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1.一种无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，其特征在于，所述步骤1中，从星间链路终端获取本星与星间链路终端的可通性和可用性信息，从导航接收机获取收集本星实时轨道数据、卫星发射前预置的星间链路安装角度及其转动范围信息，形成单星状态信息表。
3.如权利要求2所述的无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，其特征在于，所述星间链路终端的可通性，包括链路锁定状态、链路信噪比和链路传输速率。
4.如权利要求2所述的无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，其特征在于，所述的星间链路终端的可用性包括链路终端健康状态、链路开通关闭计划。
5.如权利要求1所述的无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，其特征在于，所述步骤2中采用交换协议，在卫星间交互数据库描述包，采用洪泛协议，在卫星间交互包含完整数据库条目信息的星间链路状态更新包、请求整个数据库信息的星间链路状态请求包、为保证正确发送和接收数据库而发送的星间链路状态确认包，实现单星状态全网通告，完成各卫星节点对全网状态的同步。
6.如
7.一种无主星分布式卫星网络拓扑规划装置，其特征在于，包括：
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的无主星分布式卫星网络拓扑规划方法。
...【技术特征摘要】
1.一种无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，其特征在于，所述步骤1中，从星间链路终端获取本星与星间链路终端的可通性和可用性信息，从导航接收机获取收集本星实时轨道数据、卫星发射前预置的星间链路安装角度及其转动范围信息，形成单星状态信息表。
3.如权利要求2所述的无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，其特征在于，所述星间链路终端的可通性，包括链路锁定状态、链路信噪比和链路传输速率。
4.如权利要求2所述的无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，其特征在于，所述的星间链路终端的可用性包括链路终端健康状态、链路开通关闭计划。
5.如权利要求1所述的无主星分布式卫星网络拓扑规划方法，其特征在于，所述步骤2中采用交换协议，在卫星间交互数据库描述包，采用洪泛协议，在卫星间交互包含完整数据库条目信息的星间链...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔梁，燕洪成，王丹，徐勇，汪路元，周晓懿，詹盼盼，胡杨，侯博元，孙哲蕾，高士峰，余晟，史玉兰，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：
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