【技术实现步骤摘要】
面向任务时延约束的低轨卫星数据传输方法
本专利技术属于通信
，是一种低轨卫星数据传输方法，可用于传输具有不同时延约束的业务，提升卫星网络吞吐量。
技术介绍
空间信息网络由在轨运行的多颗卫星及卫星星座组成骨干通信网，具有覆盖面积广，组网灵活，建网快，不受地理环境的限制等突出特点。空间信息网络在国家安全、航空航天、环境监测、交通管理、工农业等领域发挥着日益重要的作用。随着空间无线通信技术的发展，卫星不止可以同地面站建立连接，卫星节点之间也可建立可靠的通信链路。因此卫星网络实现两个地面节点通信需要一条由源地面站到卫星网络，再从卫星网络到目的地面站的通信路径。具体而言，是将数据先通过星地链路从源地面站上传到可通信的卫星，再通过卫星网络的多跳中继到达在目的地面站通信范围内的卫星，最后通过星地链路成功回传至目的地面站。空间信息网络存在着多种类型的传输任务，其端到端的时延约束有着较大差别。例如语音通话和高清视频业务的端到端时延要小于250ms，这属于时延敏感业务。而像气候数据和南北极科考数据的回传等这类对时延要求宽松的业务类型我们定性为时延容忍业务，此类业务的端到端时延要求往往为分钟或者小时级别。空间信息网络可能需要同时传输这两类业务，因此如果仅利用星间链路传输数据，大量的时延容忍业务传输会极大的占用星间链路无线资源，导致时延敏感业务的时延抖动从而影响用户体验。传统的空间信息网络路由方法主要研究了如何在源节点和目的节点间找一条最短路径使得数据包传输的端到端时延最小，即最小跳数原则和最小费用原则。该类方法在时间...
【技术保护点】
1.一种面向任务时延约束的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，包括如下：/n(1)初始化卫星网络每条轨道上卫星的集合为Sa＝{Sa
【技术特征摘要】
1.一种面向任务时延约束的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，包括如下：
(1)初始化卫星网络每条轨道上卫星的集合为Sa＝{Sa1,Sa2,…,San,…,SaM}，其中第i颗卫星记为Sai,i∈1,2,…,M，根据同轨道相邻卫星建链的规则，生成空间信息网络中每条轨道上卫星的拓扑关系；
(2)基于(1)生成的卫星网络，计算每条轨道下的地面站位置信息，获得地面站集合GS＝{GS1,GS2,…,GSn,…,GSM}，其中第i个地面站记为GSi,i∈1,2,…,M，在地球表面部署该M个地面站并构建地面固定的时变星地连接关系；
(3)初始化空间信息网络的网络参数：星间链路传播时延dl，星地链路传播时延dg，星间链路传输速率RSS，星地链路传输速率RSG，星地切换周期Ts和单星存储容量m；初始化每对地面站需要传输的数据包信息，即数据包产生时刻CT、数据包大小pm、源地面站GSi∈GS、目的地面站GSj∈GS，任务时延约束D和数据包传输跳数n＝(j+M-i)％M；
(4)根据数据包信息，确定该数据包的传输方式：
(4a)初始化数据包传输过程中的卫星携带时长τc，即初始携带时长τf和整数携带时长kTs的和，其中k为整数携带跳数；
(4b)计算数据包的利用卫星携带和星间链路混合传输的时延约束的上界T1和下界T2；
(4c)将任务时延约束D与(4b)中上界T1、下界T2进行比较，得到三种不同的传输方式：
若D≥T1，则数据包全部利用卫星携带传输，
若T2≤D<T1，则数据包利用卫星携带和星间链路混合传输，即先用卫星携带，后用星间链路，
若0<D<T2，则数据包无法在时延约束内完成传输；
(5)根据数据包的传输方式，计算数据包的传输切换时间Tc：
(5a)对卫星携带和星间链路混合传输情况的计算：
(5a1)计算其最大整数携带跳数kmax，最大的初始携带时长τfm和初始携带时长τf：
τf＝Ts-CT％Ts，
其中，将和化成整数进行取余运算，
将CT和Ts化成整数进行取余运算；
(5a2)将初始携带时长τf和最大初始携带时长τfm进行比较，计算数据包的整数携带跳数k和传输切换时间Tc；
若τf<τfm，k＝kmax，则
若τf≥τfm，k＝kmax-1，则
(5b)对全部利用卫星携带传输的情况：计算公式为
(6)空间信息网络中每个节点根据自身存储和传输切换时间Tc，确定数据包的下一跳和转发模式：
(6a)源地面站根据初始化的数据包信息和(5)的计算结果为每个数据包添加包头信息，即源地面站GSi，目的地面站GSj，下一跳地址A1和传输切换时间Tc；
(6b)源地面站计算数据包生成时刻CT与本地面站连接卫星Saf的编号f，将该卫星地址写入数据包头中的下一跳地址A1并立即转发；
(6c)收到数据包的卫星根据读取的传输切换时间Tc，确定自身在数据包传输过程中的任务：
若Tc<0，则收到数据包的卫星用于星间链路传输，执行(6d)；
若Tc≥0，则收到数据包的卫星用于卫星携带，执行(6e)；
(6d)收到数据包的卫星检测当前时刻CT1是否与数据包的目的地面站GSj建立连接，得到数据包下一跳A1和发送模式：
若收到数据包的卫星在当前时刻CT1与目的地面站GSj建立连接，则A1＝GSj，收到数据包的卫星立即发送数据包到下一跳；
若收到数据包的卫星在当前时刻CT1与目的地面站GSj无法建立连接，则A1＝Sa(x+M)％M+1，其中x为收到数据包的卫星编号，Sax立即发送数据包到下一跳；
(6e)收到数据包的卫星根据自身存储情况计算该数据包的下一跳和转发模式：
如果收到数据包的卫星存储空间未满，则执行(6f)；
如果收到数据包的卫星存储空间已满，则执行(6g)；
(6f)收到数据包的卫星检查Tc时刻与目的地面站GSj的连接状态，计算数据包的下一跳和传输模式：
若Tc时刻收到数据包的卫星自身与目的地面站建立连接，则A1＝GSj，收到数据包的卫星将在Tc时刻发送数据包到下一跳；
若Tc时刻收到数据包的卫星自身与目的地面站无法建立连接，则A1＝Sa(x+M)％M+1，其中x为收到数据包的卫星编号，记录传输切换时间的值Tc为发送时间Tr＝Tc，并将传输切换时...
【专利技术属性】
技术研发人员：白卫岗，王占伟，盛敏，周笛，吴家鑫，毕媛媛，鲁都都，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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