CN106685513A - 空间信息网络中时隙的配置方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间信息网络中时隙的配置方法和装置，涉及卫星通信的技术领域，该方法包括：确定接入中继卫星的至少一个信源卫星；在至少一个信源卫星中检测目标信源卫星，其中，目标信源卫星与中继卫星之间的通信信道为空闲信道；在检测到目标信源卫星的情况下，确定中继卫星的空闲传输时隙；通过空闲传输时隙向地面服务站传输目标数据，其中，目标数据为传输数据队列中位于队列最前端的数据，其中，传输数据队列用于存储从信源卫星获取到的待传输数据，解决了现有技术中无法对中继卫星的传输时隙进行动态分配的技术问题。

Description

空间信息网络中时隙的配置方法和装置

技术领域

本发明涉及卫星通信的技术领域，尤其是涉及一种空间信息网络中时隙的配置方法和装置。

背景技术

目前对地观测卫星的部署，特别是环境、资源卫星，主要是部署低轨卫星，其轨道高度在三百到两千公里范围。部署在这一高度范围的主要优点就是能够获得较高分辨率的地球表面或大气数据。但是，该部署方法也存在很多弊端。一个方面，由于我国地面站部署范围有限，因此，不能全球布站，卫星获取数据后不能及时回传至地面；另一个方面，由于地面站接收范围有限，而低轨卫星飞行速度高、重返周期长，以300到400公里轨道高度的卫星为例，过境时间一般在十几分钟范围，重返周期达数天。这些因素必然导致低轨卫星无法与地面站建立连续稳定的回传连接。针对这一问题，现有技术中的一个有效的解决手段是引入数据中继星协作传输。目前，数据中继卫星主要部署在地球同步轨道，例如，美国的追踪与数据中继通信卫星TDRS。同步轨三万多公里的轨道高度，能够极大程度扩大与低轨卫星的连接范围，而且能够和地面站建立连续稳定的全天候连接。

然而，当没有同步轨中继卫星可用，或者同步轨中继卫星正在执行高优先级任务时，不允许其它非主要任务接入，辅助它们进行数据传输。此时如果低轨卫星有需要紧急回传的数据，而又不在地面站覆盖范围，就需要借助其它空间资源协助通信。现有技术中的一种选择就是使用正在过境，并且没有回传数据或回传数据优先级较低的低轨卫星，但这种卫星不是专门的通信中继卫星，其传输能力远低于同步轨中继卫星，因此，传统的同步轨中继卫星的协作机制和资源配置方式将不再适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间信息网络中时隙的配置方法和装置，以缓解现有技术中无法对中继卫星的传输时隙进行动态分配的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种空间信息网络中时隙的配置方法，包括：确定接入中继卫星的至少一个信源卫星；在所述至少一个信源卫星中检测目标信源卫星，其中，所述目标信源卫星与所述中继卫星之间的通信信道为空闲信道；在检测到所述目标信源卫星的情况下，确定所述中继卫星的空闲传输时隙；通过所述空闲传输时隙向地面服务站传输目标数据，其中，所述目标数据为传输数据队列中位于队列最前端的数据，其中，所述传输数据队列用于存储从所述信源卫星获取到的待传输数据。

进一步地，确定所述中继卫星的空闲传输时隙包括：将所述中继卫星的多个传输时隙中的目标传输时隙确定为所述空闲传输时隙，其中，所述目标传输时隙为用于传输所述目标信源卫星的待传输数据的时隙。

进一步地，在所述至少一个信源卫星中检测目标信源卫星包括：检测当前信源卫星和所述中继卫星之间的连接状态，并根据所述连接状态确定所述当前信源卫星是否为所述目标信源卫星，其中，所述当前信源卫星为所述至少一个信源卫星中任一个信源卫星；或者，检测所述当前信源卫星的数据传输队列中是否包含待传输数据，其中，如果检测出所述当前信源卫星的数据传输队列中不包含待传输数据，则确定所述当前信源卫星为所述目标信源卫星。

进一步地，检测当前信源卫星和所述中继卫星之间的连接状态，并根据所述连接状态确定所述当前信源卫星是否为所述目标信源卫星包括：通过第一信道模型确定是否已建立所述当前信源卫星与所述中继卫星之间的通信链路，以及通过所述第一信道模型确定是否已建立所述当前信源卫星与所述地面服务站之间的通信链路，其中，所述第一信道模型为预先通过ON/OFF模型建立的信道模型；如果确定出所述中继卫星与所述当前信源卫星之间的通信链路已建立，并且确定出所述当前信源卫星与所述地面服务站之间的通信链路未建立，则通过第二信道模型确定所述当前信源卫星与所述中继卫星是否能够正常通信，其中，所述第二信道模型为预先通过莱斯信道建立的信道模型；如果确定出所述当前信源卫星与所述中继卫星不能正常通信，则确定所述当前信源卫星为所述目标信源卫星；如果确定出所述当前信源卫星与所述中继卫星能够正常通信，则确定所述当前信源卫星不是所述目标信源卫星。

进一步地，在通过第一信道模型确定是否已建立所述当前信源卫星与所述中继卫星之间的通信链路，以及通过所述第一信道模型确定是否已建立所述当前信源卫星与所述地面服务站之间的通信链路之后，所述方法还包括：如果确定出所述中继卫星与所述当前信源卫星之间的通信链路未建立，并且确定出所述当前信源卫星与所述地面服务站之间的通信链路已建立，则通过所述第二信道模型确定所述当前信源卫星与所述地面服务站是否能够正常通信；如果确定出所述当前信源卫星与所述地面服务站能够正常通信，则确定所述当前信源卫星是所述目标信源卫星。

进一步地，在通过所述空闲传输时隙向所述地面服务站传输目标数据之后，所述方法还包括：判断所述地面服务站是否成功接收到所述目标数据；如果判断出成功接收到所述目标数据，则删除所述目标数据；如果判断出未成功接收到所述目标数据，则将所述目标数据保存在所述传输数据队列的队尾。

进一步地，在将所述目标数据保存在所述传输数据队列的队尾之后，所述方法还包括：判断在所述空闲传输时隙之后的连续n个传输时隙中是否将所述目标数据发送至所述地面服务站；如果判断出未将所述目标数据发送至所述地面服务站，则删除所述目标数据，并将所述目标数据发送至相应地信源卫星，以使所述相应地信源卫星将所述目标数据转发至所述地面服务站。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种空间信息网络中时隙的配置装置，包括：第一确定单元，用于确定接入中继卫星的至少一个信源卫星；检测单元，用于在所述至少一个信源卫星中检测目标信源卫星，其中，所述目标信源卫星与所述中继卫星之间的通信信道为空闲信道；第二确定单元，用于在检测到所述目标信源卫星的情况下，确定所述中继卫星的空闲传输时隙；传输单元，用于通过所述空闲传输时隙向地面服务站传输目标数据，其中，所述目标数据为传输数据队列中位于队列最前端的数据，其中，所述传输数据队列用于存储从所述信源卫星获取到的待传输数据。

进一步地，所述第二确定单元用于：将所述中继卫星的多个传输时隙中的目标传输时隙确定为所述空闲传输时隙，其中，所述目标传输时隙为用于传输所述目标信源卫星的待传输数据的时隙。

进一步地，所述检测单元用于：检测当前信源卫星和所述中继卫星之间的连接状态，并根据所述连接状态确定所述当前信源卫星是否为所述目标信源卫星，其中，所述当前信源卫星为所述至少一个信源卫星中任一个信源卫星；或者，检测所述当前信源卫星的数据传输队列中是否包含待传输数据，其中，如果检测出所述当前信源卫星的数据传输队列中不包含待传输数据，则确定所述当前信源卫星为所述目标信源卫星。

在本发明实施例中，首先确定接入中继卫星的至少一个信源卫星，然后，在至少一个信源卫星中检测与中继卫星之间的通信信道为空闲信道的目标信源卫星，在检测到目标信源卫星的情况下，确定中继卫星的空闲传输时隙，并通过该空闲传输时隙进行数据的传输。在本发明实施例中，相对于现有技术中固定传输时隙的分配方式下，本发明实施例达到了对传输时隙的动态分配的目的，缓解了现有技术中无法对中继卫星的传输时隙进行动态分配的技术问题，从而实现了合理分配中继卫星的传输时隙的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种空间信息网络中时隙的配置方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种ON/OFF模型的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种低轨中继卫星系统最大吞吐量随信噪比阈值与地面站接收仰角的变化的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种低轨中继卫星系统接入卫星平均队列延迟随到达率、信噪比阈值以及地面站接收仰角的变化的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种平均最大吞吐量随轨道高度变化的示意图；

图6是根据本发明实施例的一种空间信息网络中时隙的配置装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明实施例，提供了一种空间信息网络中时隙的配置方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种空间信息网络中时隙的配置方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，确定接入中继卫星的至少一个信源卫星；

步骤S104，在至少一个信源卫星中检测目标信源卫星，其中，目标信源卫星与中继卫星之间的通信信道为空闲信道；

步骤S106，在检测到目标信源卫星的情况下，确定中继卫星的空闲传输时隙；

步骤S108，通过空闲传输时隙向地面服务站传输目标数据，其中，目标数据为传输数据队列中位于队列最前端的数据，其中，传输数据队列用于存储从信源卫星获取到的待传输数据。

在本发明实施例中，首先确定接入中继卫星的至少一个信源卫星，然后，在至少一个信源卫星中检测与中继卫星之间的通信信道为空闲信道的目标信源卫星，在检测到目标信源卫星的情况下，确定中继卫星的空闲传输时隙，并通过该空闲传输时隙进行数据的传输。在本发明实施例中，相对于现有技术中固定传输时隙的分配方式下，本发明实施例达到了对传输时隙的动态分配的目的，缓解了现有技术中无法对中继卫星的传输时隙进行动态分配的技术问题，从而实现了合理分配中继卫星的传输时隙的技术效果。

在本发明实施例中，当至少一个信源卫星接入中继卫星之后，中继卫星会按照固定的时隙为每个信源卫星传输数据。当某个信源卫星不再通过中继卫星，而直接将数据传输至地面服务站时，那么中继卫星预先为该信源卫星分配的传输时隙将处于空闲状态。这就造成了资源的浪费，因此，在本发明实施例中，可以在确定接入中继卫星的至少一个信源卫星之后，在至少一个信源卫星中检测目标信源卫星，其中，该目标信源卫星不再通过中继卫星向地面服务站传输数据，而是直接将数据传输至地面服务站，也就是说，目标信源卫星与中继卫星之间的通信信道为空闲信道。

在至少一个信源卫星中检测目标信源卫星的方式有很多种，在本发明实施例的一个可选实施方式中，在至少一个信源卫星中检测目标信源卫星时，可以采用以下两种方式：

方式一

检测当前信源卫星和中继卫星之间的连接状态，并根据连接状态确定当前信源卫星是否为目标信源卫星，其中，当前信源卫星为至少一个信源卫星中任一个信源卫星。

当低轨道信源卫星能够建立与地面服务站的连接时，即使信源卫星能够与同步轨中继卫星建立连接，也仅向地面服务站直接传输数据，不向中继卫星传输。这就是说，只有当地面服务站对信源卫星不可见，并且该信源卫星能够与低轨中继卫星链路可见时，该信源使用中继卫星进行通信。

因此，在本发明实施例中，在检测目标中继卫星时，可以实时检测当前信源卫星与中继卫星之间链路的连接状态，以及，检测当前信源卫星与地面服务站之间链路的连接状态。进而，根据上述连接状态确定当前信源卫星是否为目标信源卫星。

方式二

检测当前信源卫星的数据传输队列中是否包含待传输数据，其中，如果检测出当前信源卫星的数据传输队列中不包含待传输数据，则确定当前信源卫星为目标信源卫星。

另一种确定目标信源卫星的方式，是检测当前信源卫星的数据传输队列中是否包含待传输数据。即，检测时隙原本分配的信源卫星的数据队列中是否包含待传输数据，其中，如果该数据传输队列中不包含待传输数据，那么确定当前卫星为目标信源卫星。

下面将对上述方式一进行介绍：

在方式一种，检测当前信源卫星和中继卫星之间的连接状态，并根据连接状态确定当前信源卫星是否为目标信源卫星包括如下步骤：

步骤S1，通过第一信道模型确定是否已建立当前信源卫星与中继卫星之间的通信链路，以及通过第一信道模型确定是否已建立当前信源卫星与地面服务站之间的通信链路，其中，第一信道模型为预先通过ON/OFF模型建立的信道模型；

步骤S2，如果确定出中继卫星与当前信源卫星之间的通信链路已建立，并且确定出当前信源卫星与地面服务站之间的通信链路未建立，则通过第二信道模型确定当前信源卫星与中继卫星是否能够正常通信，其中，第二信道模型为预先通过莱斯信道建立的信道模型；

步骤S3，如果确定出当前信源卫星与中继卫星不能正常通信，则确定当前信源卫星为目标信源卫星；

步骤S4，如果确定出当前信源卫星与中继卫星能够正常通信，则确定当前信源卫星不是目标信源卫星。

具体地，在本发明实施例中，星间及星地链路的连接情况，通过物理传输信道及基于可见性的ON/OFF模型进行刻画，具体地：

物理传输信道：由于空间信号传输遮挡物少，以视距传输为主，因此在信道模型上选择使用莱斯信道进行建模。具体地，通过信噪比来判断星间和星地之间的物理传输信道是否建立，其中，当信噪比大于某个阈值时，则判断星间或星地之间的物理传输信道已建立，也即是说，当信噪比大于某个阈值时，表明地面服务站或者中继卫星能后成功接收信源卫星发送的数据，反之则不能。

假设，在t时隙卫星j接收到来自卫星i的信号，那么莱斯信道的数学模型可以表示为：其中，x_i表示卫星i的发射信号，G为发射功率，d_ij为卫星i和卫星j之间的距离，γ为路径衰落因子，n_ij为卫星i和卫星j之间的加性高斯噪声，j_ij＝X₁+jX₂为信道衰落系数，建模为循环对称复高斯随机变量，则|h_ij|分布为：

假设当信噪比大于阈值β时，能够成功接收，则成功接收到信号的概率为：

ON/OFF模型：由于卫星运动和地球遮挡，空间网络中无法建立连续的星间和星地链路，因此，通过对卫星运行轨道分析，设计了信道通断模型(即，ON/OFF模型)。该信道通断模型主要通过轨道参数计算信源卫星的通信覆盖范围来确定链路的通断，其中，可以分别用1和0表示链路的通断状态。

针对低轨卫星与中继卫星、地面站的连接通断，当L_jk＝1时，表示卫星j与k可以连接，当L_jk＝0时，表示不满足连接条件，即可以整理为公式：如图2所示的即为一种ON/OFF模型的示意图。

根据图(a)，可以确定卫星i在一个运行周期内能够与中继卫星连接的概率，该概率用p_1(i)表示，其中，其中，R_i表示卫星i的轨道半径，R_E表示地球半径，R_r表示中继卫星的轨道半径。也就是说，卫星i在一个运行周期内能够与中继卫星连接的比率为0.5(1+cosα₁)。

根据图(b)，可以确定卫星i在一个运行周期内与地面站连接的概率，该概率用p_2(i)表示，其中该概率可以表示为下述公式：

其中，α₂为地面站雷达捕获仰角，ρ_i＝R_i/R_E。也就是说，卫星i在一个运行周期内能够与地面站(也即，地面服务站)连接的比率为可以描述为公式：其中，α₂为地面站雷达捕获仰角，ρ＝R/R_E。

在确定p_1(i)和p_2(i)之后，就可以根据p_1(i)和p_2(i)确定卫星i能够与中继卫星建立连接时，该卫星i还能够与地面站建立连接的概率p_3(i)，其中，该概率p_3(i)可以表述为：

基于上述物理传输信道和ON/OFF模型，在确定目标信源卫星时，首先，通过当前信源卫星与中继卫星之间建立的第一信道模型(即，ON/OFF模型)确定是否建立当前信源卫星与中继卫星之间的通信链路，以及通过当前信源卫星与地面服务站之间建立的另一个第一信道模型(即，ON/OFF模型)确定是否建立当前信源卫星与地面服务站之间的通信链路。

如果根据ON/OFF模型确定出中继卫星与当前信源卫星之间的通信链路已建立，并且确定出当前信源卫星与地面服务站之间的通信链路未建立，则通过第二信道模型(即，莱斯信道模型)确定当前信源卫星和中继卫星之间能够正常通信。具体地，可以根据当前信源卫星和中继卫星之间的第二信道模型的信噪比是否满足某个阈值来确定是否能够正常通信。其中，如果确定出当前信源卫星与中继卫星之间能够正常通信，也就是说，中继卫星能够接收到信源卫星发送的数据，那么确定当前信源卫星不是目标信源卫星；如果确定出当前信源卫星和中继卫星之间不能正常通信，也就是说，中继卫星不能接收到信源卫星发送的数据，那么确定当前信源卫星是目标信源卫星。

进一步地，在通过第一信道模型确定是否已建立当前信源卫星与中继卫星之间的通信链路，以及通过第一信道模型确定是否已建立当前信源卫星与地面服务站之间的通信链路之后，如果确定出中继卫星与当前信源卫星之间的通信链路未建立，并且确定出当前信源卫星与地面服务站之间的通信链路已建立，则通过第二信道模型确定当前信源卫星与地面服务站是否能够正常通信，其中，如果确定出当前信源卫星与地面服务站能够正常通信，则确定当前信源卫星是目标信源卫星。

通过上述描述可知，当有多颗低轨道信源卫星(即，上述至少一个信源卫星)同时接入低轨中继卫星时，中继卫星的时隙资源依据Ω＝{ω₁,…,ω_i,…,ω_N}资源分配矩阵进行分配，其中，ω_i表示当前时隙分配给低轨卫星i的概率，N为可接入同步轨中继卫星的地轨卫星数量。那么当中继卫星感知到目标信源卫星时，即感知到至少一个信源卫星中有一个或者多个卫星与中继卫星之间的通信链路不可见，或者，感知到某个信源卫星无数据传输时，预先分配给该目标信源卫星的传输时隙将处于空间状态，也就是说，该时隙不再传输其他数据。

因此，在本发明实施例中，设置中继卫星具有动态分配时隙资源的能力，当有信源卫星不再接入时，中继卫星改变原分配向量，动态改变分配策略，利用空闲出的传输时隙转发队列最前端的接收数据。

在此情况下，确定中继卫星的空闲传输时隙具体为：将中继卫星的多个传输时隙中的目标传输时隙确定为空闲传输时隙，其中，目标传输时隙为用于传输目标信源卫星的待传输数据的时隙。

具体地，在本发明实施例中，可以将预先为目标信源卫星分配的传输时隙确定为空闲传输时隙，进而，通过该空闲传输时隙传输数据队列中位于最前端的数据，其中，该传输数据队列为中继卫星用于存储待传输数据的队列。

由于每颗信源卫星都依据FIFO(先入先出)策略发送，即发送其队列最前端的数据包。因此，在通过空闲传输时隙传输数据时，则是将传输数据队列中位于最前端的数据发送至中继卫星。

在本发明实施例的一个可选实施方式中，在通过空闲传输时隙向地面服务站传输目标数据之后，该方法还包括如下步骤：

步骤S1，判断地面服务站是否成功接收到目标数据；

步骤S2，如果判断出成功接收到目标数据，则删除目标数据；

步骤S3，如果判断出未成功接收到目标数据，则将目标数据保存在传输数据队列的队尾。

具体地，在本发明实施例中，中继卫星在通过空闲传输时隙向地面服务站传输目标数据之后，判断地面服务站是否成功接收到该目标数据。具体地，当地面服务站成功接收到目标数据时，将发送ACK确认信号到中继卫星，并由中继卫星转发到相应信源卫星。也就是说，中继卫星可以通过判断是否接收到确认信号来判断地面服务站是否接收到该目标数据。

当地面服务站成功接收到目标数据时，中继卫星和信源卫星都将其队首已发送成功的数据包删除，如果地面服务站没有成功接收，而中继卫星成功接收到数据包，中继卫星和相应的信源卫星将该数据包分别保存在各自的队列尾和队列首。

在本发明实施例的另一个可选实施方式中，在将目标数据保存在传输数据队列的队尾之后，该方法还包括如下步骤：

步骤S4，判断在空闲传输时隙之后的连续n个传输时隙中是否将目标数据发送至地面服务站；

步骤S5，如果判断出未将目标数据发送至地面服务站，则删除目标数据，并将目标数据发送至相应地信源卫星，以使相应地信源卫星将目标数据转发至地面服务站。

具体地，当信源卫星发送数据包(例如，包含目标数据的数据包)到中继卫星后，中继卫星在当前时隙之后的N-1个时隙中继卫星均没有成功转发该数据包，则中继卫星删除此数据，并将该数据包转发至其他信源卫星，由相应的信源卫星负责将该数据包直接发至地面站。

通过上述描述可知，在本发明实施例提供的空间信息网络中时隙的配置方法和装置中，为保证每颗接入的低轨信源卫星都能充分利用信道及链路条件进行传输，同时充分利用低轨道中继卫星的传输资源，当低轨源卫星能够与地面站建立连接时，即使可以与低轨中继卫星连接，也不使用星间链路，而采用其专用的星地链路传输数据，低轨中继卫星则使用空闲出来的传输时隙资源将其队列最前端的数据传输至地面站。该方法为保证中继资源充分利用，采用认知技术，使中继卫星具有感知信道空闲状态的能力，能够感知接入卫星的数量，感知接入卫星的传输数据情况及接入状态，以及感知是否有数据传输任务，以及时发现网络中的空闲资源，并利用空闲传输时隙发送中继卫星队列最前端的来自其他接入卫星的数据。

在本发明实施例中，进一步通过仿真，来验证本发明实施例提供的空间信息网络中时隙的配置方法的性能，具体如下：

设置低轨中继卫星轨道高度为812km，两颗接入的低轨信源卫星分为部署在高度为645km和785km的轨道。设星间链路和星地链路的衰落因子分别为γ₁＝2.1和γ₂＝2.8，传输功率为G＝10watt，星间与星地链路的高斯白噪声平均功率N₀分别为10^-11和10^-12，视距与其它路径的功率比K分别为7.78dB和6.99dB，令Ω＝1+K。

首先，分析应用本发明提出的协作传输协议，不同的信噪比的阈值β和地面服务站雷达最大接收仰角α₂对传输性能的影响。其中，设置β在0到50之间变化，α₂设置为30°、60°和80°。星间与星地链路的通断情况由ON/OFF模型和物理信道模型决定，使用协作资源分配协议对低轨中继卫星的时隙资源进行分配，两颗卫星的平均最大吞吐量图3所示。图3即为低轨中继卫星系统最大吞吐量随信噪比阈值与地面服务站接收仰角的变化的示意图。由仿真结果可以看出，系统平均最大吞吐量随β增大而减小，随α₂增大而增大。低轨中继卫星时隙分配系统中，接入低轨卫星的平均队列延迟随队列到达率λ₁、信噪比的阈值以及接收仰角α₂的变化情况图4所示。

接下来，分析卫星轨道高度对系统平均吞吐量的影响。将两个低轨接入卫星的轨道高度在300km到10000km之间变化，设置信噪比的阈值为β＝10，其它参数与之前仿真设置相同，仿真结果图5所示。可以发现，系统最大吞吐量出现在轨道高度为2800km附近。

综上，利用本发明提供的方法在对于多接入协作通信卫星网络中进行通信，具有以下优点：

1、在本发明实施例中，中继卫星能够感知空闲信道状态，并利用空闲传输资源为有传输任务的接入卫星进行中继，解决了传统固定时隙分配方式下空余传输时隙资源浪费的情况；

2、在本发明实施例中，采用莱斯信道对星间链路及星地链路的物理信道进行建模，能够有效刻画传输链路中遮挡物少、视距传输为主的情况；

3、在本发明实施例中，采用基于可见性、雷达捕获角的ON/OFF模型对星间及星地链路进行建模，能够有效刻画传输链路的通断情况；

4、在本发明实施例中，采用时隙划分的方式，由于卫星运行轨道周期具有可预测性，因此时隙划分方式便于协议实现和实施。

本发明实施例还提供了一种空间信息网络中时隙的配置装置，该空间信息网络中时隙的配置装置主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的空间信息网络中时隙的配置方法，以下对本发明实施例提供的空间信息网络中时隙的配置装置做具体介绍。

图6是根据本发明实施例的一种空间信息网络中时隙的配置装置的示意图，如图6所示，该空间信息网络中时隙的配置装置主要包括第一确定单元61，检测单元62，第二确定单元63和传输单元64，其中：

第一确定单元61，用于确定接入中继卫星的至少一个信源卫星；

检测单元62，用于在至少一个信源卫星中检测目标信源卫星，其中，目标信源卫星与中继卫星之间的通信信道为空闲信道；

第二确定单元63，用于在检测到目标信源卫星的情况下，确定中继卫星的空闲传输时隙；

传输单元64，用于通过空闲传输时隙向地面服务站传输目标数据，其中，目标数据为传输数据队列中位于队列最前端的数据，其中，传输数据队列用于存储从信源卫星获取到的待传输数据。

在本发明实施例中，首先确定接入中继卫星的至少一个信源卫星，然后，在至少一个信源卫星中检测与中继卫星之间的通信信道为空闲信道的目标信源卫星，在检测到目标信源卫星的情况下，确定中继卫星的空闲传输时隙，并通过该空闲传输时隙进行数据的传输。在本发明实施例中，相对于现有技术中固定传输时隙的分配方式下，本发明实施例达到了对传输时隙的动态分配的目的，缓解了现有技术中无法对中继卫星的传输时隙进行动态分配的技术问题，从而实现了合理分配中继卫星的传输时隙的技术效果。

可选地，第二确定单元用于：将中继卫星的多个传输时隙中的目标传输时隙确定为空闲传输时隙，其中，目标传输时隙为用于传输目标信源卫星的待传输数据的时隙。

可选地，检测单元用于：检测当前信源卫星和中继卫星之间的连接状态，并根据连接状态确定当前信源卫星是否为目标信源卫星，其中，当前信源卫星为至少一个信源卫星中任一个信源卫星；或者，检测当前信源卫星的数据传输队列中是否包含待传输数据，其中，如果检测出当前信源卫星的数据传输队列中不包含待传输数据，则确定当前信源卫星为目标信源卫星。

可选地，检测单元还用于：通过第一信道模型确定是否已建立当前信源卫星与中继卫星之间的通信链路，以及通过第一信道模型确定是否已建立当前信源卫星与地面服务站之间的通信链路，其中，第一信道模型为预先通过ON/OFF模型建立的信道模型；如果确定出中继卫星与当前信源卫星之间的通信链路已建立，并且确定出当前信源卫星与地面服务站之间的通信链路未建立，则通过第二信道模型确定当前信源卫星与中继卫星是否能够正常通信，其中，第二信道模型为预先通过莱斯信道建立的信道模型；如果确定出当前信源卫星与中继卫星不能正常通信，则确定当前信源卫星为目标信源卫星；如果确定出当前信源卫星与中继卫星能够正常通信，则确定当前信源卫星不是目标信源卫星。

可选地，检测单元还用于：在通过第一信道模型确定是否已建立当前信源卫星与中继卫星之间的通信链路，以及通过第一信道模型确定是否已建立当前信源卫星与地面服务站之间的通信链路之后，如果确定出中继卫星与当前信源卫星之间的通信链路未建立，并且确定出当前信源卫星与地面服务站之间的通信链路已建立，则通过第二信道模型确定当前信源卫星与地面服务站是否能够正常通信；如果确定出当前信源卫星与地面服务站能够正常通信，则确定当前信源卫星是目标信源卫星。

可选地，该装置还包括：第一判断单元，用于在通过空闲传输时隙向地面服务站传输目标数据之后，判断地面服务站是否成功接收到目标数据；第一删除单元，用于在判断出成功接收到目标数据的情况下，删除目标数据；保存单元，用于在判断出未成功接收到目标数据的情况下，将目标数据保存在传输数据队列的队尾。

可选地，该装置还包括：第一判断单元，用于在将目标数据保存在传输数据队列的队尾之后，判断在空闲传输时隙之后的连续n个传输时隙中是否将目标数据发送至地面服务站；第一删除单元，用于在判断出未将目标数据发送至地面服务站的情况下，删除目标数据，并将目标数据发送至相应地信源卫星，以使相应地信源卫星将目标数据转发至地面服务站。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种空间信息网络中时隙的配置方法，其特征在于，包括：

确定接入中继卫星的至少一个信源卫星；

在所述至少一个信源卫星中检测目标信源卫星，其中，所述目标信源卫星与所述中继卫星之间的通信信道为空闲信道；

在检测到所述目标信源卫星的情况下，确定所述中继卫星的空闲传输时隙；

通过所述空闲传输时隙向地面服务站传输目标数据，其中，所述目标数据为传输数据队列中位于队列最前端的数据，其中，所述传输数据队列用于存储从所述信源卫星获取到的待传输数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述中继卫星的空闲传输时隙包括：

将所述中继卫星的多个传输时隙中的目标传输时隙确定为所述空闲传输时隙，其中，所述目标传输时隙为用于传输所述目标信源卫星的待传输数据的时隙。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述至少一个信源卫星中检测目标信源卫星包括：

检测当前信源卫星和所述中继卫星之间的连接状态，并根据所述连接状态确定所述当前信源卫星是否为所述目标信源卫星，其中，所述当前信源卫星为所述至少一个信源卫星中任一个信源卫星；或者，

检测所述当前信源卫星的数据传输队列中是否包含待传输数据，其中，如果检测出所述当前信源卫星的数据传输队列中不包含待传输数据，则确定所述当前信源卫星为所述目标信源卫星。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，检测当前信源卫星和所述中继卫星之间的连接状态，并根据所述连接状态确定所述当前信源卫星是否为所述目标信源卫星包括：

通过第一信道模型确定是否已建立所述当前信源卫星与所述中继卫星之间的通信链路，以及通过所述第一信道模型确定是否已建立所述当前信源卫星与所述地面服务站之间的通信链路，其中，所述第一信道模型为预先通过ON/OFF模型建立的信道模型；

如果确定出所述中继卫星与所述当前信源卫星之间的通信链路已建立，并且确定出所述当前信源卫星与所述地面服务站之间的通信链路未建立，则通过第二信道模型确定所述当前信源卫星与所述中继卫星是否能够正常通信，其中，所述第二信道模型为预先通过莱斯信道建立的信道模型；

如果确定出所述当前信源卫星与所述中继卫星不能正常通信，则确定所述当前信源卫星为所述目标信源卫星；

如果确定出所述当前信源卫星与所述中继卫星能够正常通信，则确定所述当前信源卫星不是所述目标信源卫星。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在通过第一信道模型确定是否已建立所述当前信源卫星与所述中继卫星之间的通信链路，以及通过所述第一信道模型确定是否已建立所述当前信源卫星与所述地面服务站之间的通信链路之后，所述方法还包括：

如果确定出所述中继卫星与所述当前信源卫星之间的通信链路未建立，并且确定出所述当前信源卫星与所述地面服务站之间的通信链路已建立，则通过所述第二信道模型确定所述当前信源卫星与所述地面服务站是否能够正常通信；

如果确定出所述当前信源卫星与所述地面服务站能够正常通信，则确定所述当前信源卫星是所述目标信源卫星。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过所述空闲传输时隙向所述地面服务站传输目标数据之后，所述方法还包括：

判断所述地面服务站是否成功接收到所述目标数据；

如果判断出成功接收到所述目标数据，则删除所述目标数据；

如果判断出未成功接收到所述目标数据，则将所述目标数据保存在所述传输数据队列的队尾。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在将所述目标数据保存在所述传输数据队列的队尾之后，所述方法还包括：

判断在所述空闲传输时隙之后的连续n个传输时隙中是否将所述目标数据发送至所述地面服务站；

如果判断出未将所述目标数据发送至所述地面服务站，则删除所述目标数据，并将所述目标数据发送至相应地信源卫星，以使所述相应地信源卫星将所述目标数据转发至所述地面服务站。

8.一种空间信息网络中时隙的配置装置，其特征在于，包括：

第一确定单元，用于确定接入中继卫星的至少一个信源卫星；

检测单元，用于在所述至少一个信源卫星中检测目标信源卫星，其中，所述目标信源卫星与所述中继卫星之间的通信信道为空闲信道；

第二确定单元，用于在检测到所述目标信源卫星的情况下，确定所述中继卫星的空闲传输时隙；

传输单元，用于通过所述空闲传输时隙向地面服务站传输目标数据，其中，所述目标数据为传输数据队列中位于队列最前端的数据，其中，所述传输数据队列用于存储从所述信源卫星获取到的待传输数据。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元用于：

将所述中继卫星的多个传输时隙中的目标传输时隙确定为所述空闲传输时隙，其中，所述目标传输时隙为用于传输所述目标信源卫星的待传输数据的时隙。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述检测单元用于：

检测当前信源卫星和所述中继卫星之间的连接状态，并根据所述连接状态确定所述当前信源卫星是否为所述目标信源卫星，其中，所述当前信源卫星为所述至少一个信源卫星中任一个信源卫星；或者

检测所述当前信源卫星的数据传输队列中是否包含待传输数据，其中，如果检测出所述当前信源卫星的数据传输队列中不包含待传输数据，则确定所述当前信源卫星为所述目标信源卫星。