一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115967435A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202310124677.5(22)申请日2023.02.16(71)申请人重庆邮电大学地址400065重庆市南岸区南山街道崇文路2号(72)发明人徐川蔡茹意韩珍珍吴昊赵国锋(74)专利代理机构重庆辉腾律师事务所50215专利代理师王诗思(51)Int.Cl.H04B7/185(2006.01)H04W16/22(2009.01)H04W76/10(2018.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法(57)摘要本发明属于卫星通信领域，涉及一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法，所述方法包括利用虚拟位置对卫星网络所在空间进行分区形成网格，在网格内选择上层星座中间节点作为主动建链节点建立跨层链路，降低分区内不同层的节点叠加影响；从影响跨层链路通断的因素入手，对星间轨道和跨层链路变化及节点资源刻画；构建了跨层节点运动模型及节点和链路资源模型，以信噪比、节点缓存、链路持续时间为决策变量构建可靠链路效用函数，选择节点和链路资源效用值最大的节点与主动建链节点建链。本发明建立了多层低轨卫星网络中的可靠跨层链路，实现了多层网络的跨层可靠通信，增加了数据包传输路径的多样性，降低了数据包传输时延，提高了网络通信性能。CN115967435ACN115967435A权利要求书1/2页1.一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据卫星的虚拟位置对卫星网络进行分区形成网格，并选择网格内上层星座中心节点作为主动建链节点；S2、将链路通信距离、相对角速度、仰角作为影响跨层链路通断的物理条件，并作为节点选择约束条件；S3、将链路传输信噪比、节点缓存队列、链路持续时间作为影响跨层链路通断的资源条件，并进行分析建模；S4、使用多属性决策模型对节点资源各参数进行建模，并作为节点效用评估函数，计算节点各参数权重值，并从候选节点中选择效用值最大的节点与主动建链节点建立可靠跨层链路。2.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法，其特征在于，所述步骤S1包括：将卫星轨道所在的整个空间划分为若干立方体，即空间网格；每个网格中包括众多不同高度的卫星节点，可根据网格中卫星节点在地球坐标系中的坐标值区分卫星节点高度；并选择网格中高层轨道中心节点作为主动建链节点。3.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法，其特征在于，链路通信距离作为影响跨层链路通断的物理条件之一，其公式表示为：其中，dij表示卫星节点vi和卫星节点vj间的链路通信距离，si(xi,yi,zi)和sj(xj,yj,zj)为卫星节点vi和卫星节点vj在地心坐标系中的位置坐标。4.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法，其特征在于，相对角速度作为影响跨层链路通断的物理条件之一，其数值为单位时间内的相对转向角，其公式表示为：其中，wij为单位时间内卫星节点vi和卫星节点vj的相对转向角；表示地心到卫星节点vj的距离，表示地心到卫星节点vi的距离；为卫星节点vi和卫星节点vj的相对速度。5.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络建立跨层链路的方法，其特征在于，仰角作为影响链路通断的物理条件之一，其公式表示为：2其中，vp＝sj‑(si·sj)si/||si||为两个卫星节点vi和卫星节点vj的位置；dij为卫星节点i和卫星节点j之间的链路通信距离。6.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法，其特征在于，所述链路传输信噪比SNR作为影响跨层链路通断的资源条件时包括：若所述链路传输信噪比SNR小于中断阈值sm导致链路不可用的概率表示为：2CN115967435A权利要求书2/2页其中，hij表示卫星节点i到卫星节点j的链路损耗因子；dij表示卫星节点i到卫星节点j之间的链路通信距离；γ表示信号在空间传播产生的路径损耗指数；Pt表示发送端的发射功率；Nij表示表示方差为的加性高斯白噪声，G表示信号增益，N0表示噪声的功率谱密度。7.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法，其特征在于，所述节点缓存队列作为影响跨层链路通断的资源条件时包括：若所述卫星节点在t1时刻的节点缓存队列状态小于最大缓存队列长度F的概率为：Pb(t)＝p(a+x‑y≤F)＝ΣfX(x,λΔt)fY(y,a+x)其中，a为节点在t0时刻已使用的缓存队列长度；x为Δt时间内节点接收数据包的数量，卫星节点的数据包达到过程服从泊松分布，到达率为λ；y为Δt时间内节点成功处理数据包的数量，数据包成功发送概率服从二项分布。8.根据权利要求1