基于激光通信的低轨卫星网络拓扑规划方法及相关设备技术

本发明专利技术公开了基于激光通信的低轨卫星网络拓扑规划方法及相关设备，本发明专利技术新的卫星网络构型设计将卫星网络热点通信区域对应的通信时延和跳数指标作为拓扑规划的判断依据，在保持每个卫星节点与同轨道的前后卫星节点相连的基础上，重新设计邻轨和跨轨道的链路连接关系，使网络拓扑构型满足真实通信业务需求，实现通信时延和跳数性能综合指标相对传统的十字架网络拓扑构型提升的同时，确保这些指标在近距离通信场景下不出现明显的下降，达成全网通信业务性能最优的目的，通过更有效的天基卫星网络拓扑设计，解决传统十字架卫星网络在远距离通信场景下时延、跳数等重要网络性能上存在的不足。存在的不足。存在的不足。

【技术实现步骤摘要】
基于激光通信的低轨卫星网络拓扑规划方法及相关设备


[0001]本专利技术涉及卫星网络通信处理
，尤其涉及一种基于平均通信距离或者平均业务性能的天基网络拓扑设计方法、终端及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]现在业内研究机构和卫星网络运营公司主要基于十字架构型开展天基卫星组网研究和建设，十字架链路拓扑构型虽然被广泛采用，但该网络构型在整体网络性能上比较折中。在十字架网络构型中，每个卫星节点只跟同轨道的前后两颗卫星，以及邻轨左右两颗卫星建链，在跨区域的长距离通信时跳数较多，导致其在卫星通信的时延、节点拥塞概率、端到端通信的鲁棒性上存在明显的劣势。
[0003]传统的天基卫星网络十字架拓扑构型，该构型下由于每个节点只跟相邻的卫星节点连接，所以更有利于近距离通信；对于跨区域远距离通信场景，由于跳数的增加，时延性能相对地面光纤通信的优势大大降低。实际上卫星网络的拓扑结构设计需要考虑地面实际通信热点的分布，好的拓扑结构可以使地面大部分通信热点的通信时延等性能更优，而十字架网络拓扑构型无法达成该目标。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种基于平均通信距离或者平均业务性能的天基网络拓扑设计方法、终端及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中传统十字架卫星网络在远距离通信场景下时延、跳数等重要网络性能上存在的不足的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法，所述基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法包括如下步骤：基于卫星节点上光端机的通信距离约束，计算网络中卫星节点的最远可通信的轨道；当所有节点的备选链路计算完成后，与同轨之间的已有链路共同形成初始卫星网络；针对每个卫星节点，基于最短路径算法计算每个节点到平均通信距离内其他所有节点的最短路径；统计每个节点的每条备选链路的被经历次数，选取节点上被经历次数最多的一条链路作为最佳备选链路，并标识链路类型；统计所有节点的最佳链路的链路类型，并针对链路类型进行比例统计；选择第一条轨道作为基准，针对所选择轨道上的所有节点，基于网络均匀化要求将各链路按照链路类型比例进行均匀化分布；在完成第一条轨道的链路类型布放后，所有其他轨道的链路全部复制第一条轨道链路拓扑类型及分布，并基于最短路径算法对网络性能指标进行评估；
针对一个完整的卫星周期进行仿真，并基于最短路径算法统计运行周期内全网平均时延和跳数；将新网络拓扑结构的时延和跳数的加权指标与十字架拓扑结构的时延和跳数的加权指标进行对比，判断新网络拓扑结构的加权指标值是否小于十字架拓扑结构的加权指标值；若新网络拓扑结构的加权指标值小于十字架拓扑结构的加权指标值，则判断十字架拓扑的邻轨通信时延与新的网络拓扑结构下的邻轨通信时延的差值是否小于设定值；若差值不小于设定值，则选取比例最高的跨轨道链路类型中的一条链路，将所有轨道的链路连接方式全部由跨轨道连接修改为邻轨道连接。
[0007]所述的基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法，其中，所述基于卫星节点上光端机的通信距离约束，计算网络中卫星节点的最远可通信的轨道，具体包括：将每个卫星节点与同轨前后两个节点之间的链路进行保留，通过计算确定与异轨道连接的备选链路；在异轨的备选链路选择时，针对每个节点，选择一个备选链路的挑选方向，在挑选方向可通信范围内的每个轨道上选择2条备选链路。
[0008]所述的基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法，其中，所述选择第一条轨道作为基准，针对所选择轨道上的所有节点，基于网络均匀化要求将各链路按照链路类型比例进行均匀化分布，具体包括：选择第一条轨道作为基准，假设作为基准的轨道所有节点在所选择的方向上的链路总数为T，将T*每种链路类型比例，计算出每种链路类型对应的数量，并保证链路总数等于T；将各种类型的链路按照链路数量从大到小排序，然后按照[T/单个类型的链路数量]间隔，依次将各种类型的链路按照数量大小排序的顺序依次进行均匀化分布。
[0009]所述的基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法，其中，所述判断新网络拓扑结构的加权指标值是否小于十字架拓扑结构的加权指标值，之后还包括：若新网络拓扑结构的加权指标值不小于十字架拓扑结构的加权指标值，选取比例最高的跨轨道链路类型中的一条链路，将所有轨道的链路连接方式全部由跨轨道连接修改为邻轨道连接。
[0010]所述的基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法，其中，所述备选链路包括邻轨通信链路和跨轨道通信链路。
[0011]为实现上述目的，本专利技术还提供一种基于平均业务性能的天基网络拓扑设计方法，所述基于平均业务性能的天基网络拓扑设计方法包括如下步骤：以每条轨道上卫星的地面覆盖范围为基本区域粒度，基于地面覆盖范围内的业务分布计算出通信业务的距离分布；基于每条轨道的通信业务距离分布和其他轨道卫星的覆盖范围，进行通信距离到通信轨道类型映射，并只保留异轨通信类型；基于每条轨道的卫星在异轨所有轨道上的通信业务量，计算每条轨道卫星的每个通信轨道类型的比例；基于光端机的通信最远轨道，统计全网所有轨道的实际通信轨道类型的平均比
例；选择第一条轨道作为基准，针对所选择轨道上的所有节点，基于网络均匀化要求将各链路按照链路类型比例进行均匀化分布，并基于最短路径算法进行拓扑优化；遍历所有轨道，判断所有轨道卫星通信的异轨第1条轨道链路类型比例与全网平均异轨第1条轨道链路类型比例的差值是否超过设定值；若差值未超过设定值，针对一个完整的卫星周期进行仿真，并基于最短路径算法统计运行周期内全网平均时延和跳数；判断全网平均时延和跳数的综合指标值是否小于十字架拓扑结构的综合指标值；若全网平均时延和跳数的综合指标值不小于十字架拓扑结构的综合指标值，根据预设原则将其他异轨链路类型修改为异轨第1条轨道的链路类型。
[0012]所述的基于平均业务性能的天基网络拓扑设计方法，其中，所述基于每条轨道的卫星在异轨所有轨道上的通信业务量，计算每条轨道卫星的每个通信轨道类型的比例，还包括：将超过光端机通信范围的所有轨道类型比例全部映射到光端机通信范围内最远的轨道类型上。
[0013]所述的基于平均业务性能的天基网络拓扑设计方法，其中，所述判断所有轨道卫星通信的异轨第1条轨道链路类型比例与全网平均异轨第1条轨道链路类型比例的差值是否超过设定值，之后还包括：若所有轨道卫星通信的异轨第1条轨道链路类型比例与全网平均异轨第1条轨道链路类型比例的差值超过设定值，则将异轨第1条轨道的链路类型与其他异轨的链路类型比例进行转换，完成所有异轨第1条轨道
‑
异轨第1条轨道平均值大于设定值的轨道的链路拓扑优化。
[0014]所述的基于平均业务性能的天基网络拓扑设计方法，其中，所述根据预设原则将其他异轨链路类型修改为异轨第1条轨道的链路类型，具体包括：选择链路数为3的节点增加一条邻轨链路，并将其他轨道对应节点的链路类型全部修改为邻轨链路；当链路数为3的节点为0后，根据均匀化的原则挑选比例最多的一条异轨链路修改为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法，其特征在于，所述基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法包括：基于卫星节点上光端机的通信距离约束，计算网络中卫星节点的最远可通信的轨道；当所有节点的备选链路计算完成后，与同轨之间的已有链路共同形成初始卫星网络；针对每个卫星节点，基于最短路径算法计算每个节点到平均通信距离内其他所有节点的最短路径；统计每个节点的每条备选链路的被经历次数，选取节点上被经历次数最多的一条链路作为最佳备选链路，并标识链路类型；统计所有节点的最佳链路的链路类型，并针对链路类型进行比例统计；选择第一条轨道作为基准，针对所选择轨道上的所有节点，基于网络均匀化要求将各链路按照链路类型比例进行均匀化分布；在完成第一条轨道的链路类型布放后，所有其他轨道的链路全部复制第一条轨道链路拓扑类型及分布，并基于最短路径算法对网络性能指标进行评估；针对一个完整的卫星周期进行仿真，并基于最短路径算法统计运行周期内全网平均时延和跳数；将新网络拓扑结构的时延和跳数的加权指标与十字架拓扑结构的时延和跳数的加权指标进行对比，判断新网络拓扑结构的加权指标值是否小于十字架拓扑结构的加权指标值；若新网络拓扑结构的加权指标值小于十字架拓扑结构的加权指标值，则判断十字架拓扑的邻轨通信时延与新的网络拓扑结构下的邻轨通信时延的差值是否小于设定值；若差值不小于设定值，则选取比例最高的跨轨道链路类型中的一条链路，将所有轨道的链路连接方式全部由跨轨道连接修改为邻轨道连接。2.根据权利要求1所述的基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法，其特征在于，所述基于卫星节点上光端机的通信距离约束，计算网络中卫星节点的最远可通信的轨道，具体包括：将每个卫星节点与同轨前后两个节点之间的链路进行保留，通过计算确定与异轨道连接的备选链路；在异轨的备选链路选择时，针对每个节点，选择一个备选链路的挑选方向，在挑选方向可通信范围内的每个轨道上选择2条备选链路。3.根据权利要求2所述的基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法，其特征在于，所述选择第一条轨道作为基准，针对所选择轨道上的所有节点，基于网络均匀化要求将各链路按照链路类型比例进行均匀化分布，具体包括：选择第一条轨道作为基准，假设作为基准的轨道所有节点在所选择的方向上的链路总数为T，将T*每种链路类型比例，计算出每种链路类型对应的数量，并保证链路总数等于T；将各种类型的链路按照链路数量从大到小排序，然后按照[T/单个类型的链路数量]间隔，依次将各种类型的链路按照数量大小排序的顺序依次进行均匀化分布。4.根据权利要求1所述的基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法，其特征在于，所述判断新网络拓扑结构的加权指标值是否小于十字架拓扑结构的加权指标值，之后还包括：
若新网络拓扑结构的加权指标值不小于十字架拓扑结构的加权指标值，选取比例最高的跨轨道链路类型中的一条链路，将所有轨道的链路连接方式全部由跨轨道连接修改为邻轨道连接。5.根据权利要求1所述的基于平均通信距离的天基网络拓扑设计方法，其特征在于，所述备选链路包括邻轨通信链路和跨轨道通信链路。6.一种基于平均业务性能的天基网络拓扑设计方法，其特征在于，所述基于平均业务性能的天基网络拓扑设计方法包括：以每条轨道上卫星的地面覆盖范围为基本区域粒度，基于地面覆盖范围内的业务分布计算出通信业务的距离分布；基于每条轨道的通信业务距离分布和其他轨道卫星的覆盖范围，进行通信距离到通信轨道类型映射，并只保留异轨通信类型；基于每条轨道的卫星在异轨所有轨道上的通信业务量，计算每条轨道卫星的每个通信轨道类型的比例；基于光端机的通信最远轨道，统计全网所有轨道的实际通信轨道类型的平均比例；选择第...

【专利技术属性】
技术研发人员：高圆圆，廖小丽，张钦宇，王伟志，
申请(专利权)人：鹏城实验室，
类型：发明
国别省市：