【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星通信，尤其涉及一种基于改进层次分析法的星地互联调度方法。
技术介绍
1、在未来6g时代，通信网络将不局限于陆地，而是要打造空天地一体化融合共通的全场景无缝隙覆盖的智慧网络。由此解决部分陆地因地形、人口密度、基础设施等因素无法实现陆地网络覆盖的问题。空天地一体化网络的核心理念在于将空间、大气和地面各层次的信息资源相互连接、共享和应用。通过卫星、无人机、传感器等技术手段，空间维度的信息资源得以实时获取和传输，为人类社会提供了全球性的监测、通信和导航服务。与此同时，大气层和地面维度的信息资源也得以全面融合，形成了多元化、立体化的数据网络。这种多维信息资源的整合与利用，不仅可以满足人类社会对于信息获取、灾害监测、资源管理等方面的需求，还能为各行各业的发展提供重要支撑和保障。
2、然而，尽管空天地一体化网络的概念带来了巨大的潜力，但是基于卫星的高速移动性、卫星设备的轻量性以及星地通讯链路的复杂性等技术挑战仍然制约着其发展。具体而言，低空空域管控面临着三大主要挑战：空地频谱干扰、网络异构融合困难以及空域安全形势严峻。
3、首先，空地频谱干扰是空天地一体化网络建设中的重要障碍之一。随着通信需求的增加和频谱资源的有限性，空地频谱干扰问题日益突显。在星地通信链路中，频谱资源的有效利用和管理对于保障通信质量至关重要。
4、其次，网络异构融合困难是另一个需要解决的关键问题。由于空间、大气和地面层次的信息资源存在差异，各种网络设备的技术规格和通信协议也各不相同，导致网络异构融合变得复杂困难。因此，如
5、最后，空域安全形势的严峻性也是空天地一体化网络发展过程中需要高度关注的问题。随着空域利用程度的提高，航空器密度的增加，以及无人机等新型航空器的快速发展，空域安全问题变得日益复杂。确保空天地一体化网络的安全性和可靠性，对于保障人们的生命财产安全具有重要意义。
6、卫星接触窗口资源非常昂贵，而且由于卫星的高速移动性，接触窗口的生命周期往往很短，随着时间的推移而过期。首先要考虑的是近地轨道卫星网络lsn(low earthorbit satellite networks)传输资源的有效利用。希望部署的星地链路接触窗口调度方法能够满足所有访问任务的数据传输需求。但是，不同任务的传输要求是不同的。因此，合理安排接触窗口方案将提高卫星网络资源利用率和任务成活率。基于地面的计算设备基础远大于卫星上设备，静态的接触窗口调度方法在地面进行计算规划，由测控站将规划命令发送给卫星，指导卫星与地面信关站的互联过程。这种静态调度策略无法适应任务优先级快速变化的天基网络。但是lsn拓扑是时变的。如果接触计划在下一个时隙不能满足任务传输要求，或者lsn拓扑频繁切换，将严重影响数据传输的业务连续性。当采用恒定的部署策略时，会出现网络传输容量(network transmission capabilities,ntc)未充分利用的情况。为了进行弹性的lsn传输接触规划，需要综合考虑可用的lsn传输资源和任务需求。
7、2019年，zhou提出了空地一体化网络中时延感知的物联网任务调度模型。基于卫星网络上的多任务传输问题，利用约束马尔可夫决策过程方法解决了lsn任务的动态调度问题。基于深度强化学习的理论，在标准马尔可夫过程中增加约束条件来优化空地网络的任务调度过程。将空地网络任务调度表述为数学模型，建立多个变量，考虑不同时隙卫星状态，解决了时间上的动态调度问题，但没有特别考虑动态lsn的流量特性；基于约束的马尔可夫决策可以考虑更多约束条件，例如流量、计算速度、传播时延等继续优化。
8、随着卫星通信技术的发展，卫星网络与地面网络不断融合，形成卫星-地面网络，业内学者称由于卫星-地面网络覆盖性广的特性，将成为6g网络的主要研究热点。由于卫星的高速移动性，导致地面网络与卫星间调度策略需要同时具备时变性以及高效性。传统的调度方案是基于地面中心的高算力来调配星地互联方案，或没有考虑卫星的时变性或没有最大化利用网络传输容量。目前如何规划星地传输链路还存在以下问题：(1)基于卫星高速移动的特征，如何选择合适的接入信关站能使得单位传输容量最大，最大化利用网络带宽从而减小链路中断(2)基于星地链路的多样性，如何合适选择互联信关站使更多的卫星任务得到合适的分配(3)针对建立的非凸概率约束的非凸函数如何找到问题的最优解。因此，如何利用卫星-地面网络的特性，设置好相应的约束以及动态条件，确定合适的优化方案是亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种基于改进层次分析法的星地互联调度方法，以解决以上技术问题。本文着眼于解决空地网络连接的高效性，特别关注于空地频谱干扰问题。在充分考虑信关站与卫星的相互覆盖、星地传播时延以及链路容量等因素的基础上，本文基于层次分析法(ahp)进行改进，旨在提高星地链路传输的效率和可靠性。通过优化信关站与卫星间的选择算法，希望能够有效应对空天链路搭建中的技术挑战，推动空天地一体化网络的发展。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于层次分析法的方案，考虑传输容量、已互联时间以及传播时延三个权重对链路规划的影响，基于这三个权重构建星地传输链路调度方案。
3、一种基于改进层次分析法的星地互联调度方法，如图5所示，包括以下步骤：
4、步骤1：判断地面信关站接入用户是否已满，未满进行步骤2；否则退出；
5、步骤2：与卫星工具包(satellite tool kit，stk)软件互联进行星地轨道的构建，具体如下：
6、步骤2.1：卫星环境的搭建；新建预设数量个卫星实体，具体的，将卫星和观察点间地心角σ，卫星半视角β，观察点的仰角e，地球半径re，卫星与星下点距离h的数据分别填入各自的属性文件中从而构建卫星实体；
7、在每个卫星上增加星上传感器，将星上传感器倾斜角θ与传播半径rs数据分别填入各个卫星的星上传感器属性文件中；
8、步骤2.2：地面信关站环境的搭建；新建一个设施实体，将地面信关站的位置信息填入设施的属性文件。同样地，为该设施实体添加传感器，将传感器倾斜角θ、传播半径rs数据填入传感器属性文件中。
9、步骤2.3：互联时间的计算；设定判断条件，星上传感器的传播半径是否与地面信关站的传感器的传播半径有覆盖区域，据此判断两者开始接触的时间ti以及结束接触时间te，然后计算已互联时间td＝t-ti以及总互联时间t＝te-ti，其中t为当前时间。
10、步骤3：定义计算各参数；
11、已互联时间权重γ的定义：γ＝td/t，其中td为已互联时间，t为总互联时间；
12、时延权重δ的定义：首先根据卫星和观察点间地心角σ，卫星半视角β，观察点的仰角e，地球半径re，卫星与星下点距离h等数据计算星地距离d；具体而言：联立
13、
14、求得卫星与星下点距离h，进而计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于改进层次分析法的星地互联调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于改进层次分析法的星地互联调度方法，其特征在于，基于matlab与STK已互联的基础上进行卫星轨道的搭建，或直接在STK上进行卫星轨道的搭建；构建卫星实体时，将卫星和观察点间地心角σ，卫星半视角β，观察点的仰角E，地球半径Re，卫星与星下点距离h的数据分别填入各自的属性文件中从而构建卫星实体。
3.根据权利要求1所述的一种基于改进层次分析法的星地互联调度方法，其特征在于，进行卫星轨道与地面信关站搭建时，各个卫星与地面信关站的接触情况不同，包括接触时间长度不同、接触时间起始不同、接触情况不同。
4.根据权利要求3所述的一种基于改进层次分析法的星地互联调度方法，其特征在于，所述星地距离的计算方式如下：根据卫星和观察点间地心角σ，卫星半视角β，观察点的仰角E，地球半径Re，联立
【技术特征摘要】
1.一种基于改进层次分析法的星地互联调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于改进层次分析法的星地互联调度方法，其特征在于，基于matlab与stk已互联的基础上进行卫星轨道的搭建，或直接在stk上进行卫星轨道的搭建；构建卫星实体时，将卫星和观察点间地心角σ，卫星半视角β，观察点的仰角e，地球半径re，卫星与星下点距离h的数据分别填入各自的属性文件中从而构建卫星实体。...
【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，程茜，廖丹，金海焱，张明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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