CN106685514B - 中继卫星的选择方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种中继卫星的选择方法和装置，涉及卫星通信的技术领域，包括检测第一物理参数的参数值；判断第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值；如果判断出第一物理参数的参数值小于第一预设阈值，则确定能够为当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星；获取第二物理参数；根据第二物理参数在至少一个中继卫星中选择最优中继卫星，并将与目标中继卫星的通信连接切换至与最优中继卫星进行数据的通信连接。该方法与现有技术中静态选择中继卫星的方法相比，考虑到当前和未来的信道质量，进而提供长期稳定的通信质量，缓解了现有技术中当前信源卫星和中继卫星之间的通信信道通信不稳定的技术问题。

Description

中继卫星的选择方法和装置
技术领域
本发明涉及卫星通信的技术领域，尤其是涉及一种中继卫星的选择方法和装置。
背景技术
在空间网络中，当中轨道通信卫星或者低轨道通信卫星(以下称为信源卫星)运行到地球背面时，由于受到遮挡，其与卫星地面站的直接通信链路将会断开，将导致无法实时发送数据，只能将其存储，待链路恢复后再发送，或者寻求其他途径进行转发。目前，针对无法实时对数据进行发送的问题，现有技术中比较经济、有效的解决方法是，在地球同步轨道上布设多颗中继卫星，覆盖大部分甚至全部信源卫星的运行轨道，以及卫星地面站。当信源卫星运行到地球背面时，仍存在至少一颗中继卫星可以同时覆盖该信源卫星以及卫星地面站，并通过中继链路将卫星数据转发至地面站，从而保证信源卫星可以24小时不间断的与地面进行通信。
当存在多颗中继卫星可供选择时，信源卫星必须选择最优的中继卫星进行数据转发。目前，由于各国已经发射的中继卫星数量较少，因此在中继卫星选择方面的研究尚未广泛展开。但是，随着各国不断部署更多的信源卫星，现有中继卫星将难以保证较高的服务质量，因此继续部署更多数量的中继卫星成为一个必然选择。基于以上原因，研究空间网络中继卫星选择方法是具有实际意义的。
现有技术中在对中继卫星进行选择的一种方法是传统静态选择方法，该方法仅考虑当前时刻的信道状态，进而忽略了该状态在未来可能产生的变化。然而，由于网络中的卫星具有高动态性，当前时刻信道状态较好的两颗卫星，很可能正在迅速向反方向运行，导致信道状态的迅速恶化。在这种情况下，为了保证服务质量，必须频繁的进行切换，而频繁的切换同样会降低服务质量。因此，有必要在中继卫星选择方法中充分考虑这种未知的动态性，以保证通信服务质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中继卫星的选择方法和装置，以缓解现有技术中由于现有技术中静态选择中继卫星的方法导致的当前信源卫星和中继卫星之间的通信质量较差的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种中继卫星的选择方法，包括：检测第一物理参数的参数值，其中，所述第一物理参数用于表征当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信信道的信道状态，所述目标中继卫星为当前时刻与所述当前信源卫星通信连接的卫星；判断所述第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值；如果判断出所述第一物理参数的参数值小于所述第一预设阈值，则确定能够为所述当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星；获取第二物理参数，其中，所述第二物理参数表示所述当前信源卫星与所述至少一个中继卫星中每个所述中继卫星的系统状态；根据所述第二物理参数在所述至少一个中继卫星中选择最优中继卫星，并将与所述目标中继卫星的通信连接切换至与所述最优中继卫星进行数据的通信连接。
进一步地，获取第二物理参数包括：获取第一参数Q(k)的参数值，第二参数[x0(k),x1(k),…,xN(k)]的参数值和第三参数w的参数值，其中，所述第一参数表示所述当前信源卫星在当前时间片的待发送数据量，所述第二参数表示所述当前信源卫星和所述至少一个中继卫星的位置，所述第三参数表示所述当前信源卫星和所述至少一个中继卫星的关系系数，N表示所述至少一个中继卫星的数量；根据所述第二参数在所述至少一个中继卫星中确定最优中继卫星，并通过所述最优中继卫星进行数据的传输包括：根据第一参数的参数值，第二参数的参数值和第三参数的参数值确定选择所述最优中继卫星。
进一步地，所述第一物理参数包括信道速率，根据第一参数的参数值，第二参数的参数值和第三参数的参数值确定选择所述最优中继卫星包括：根据公式计算在所述当前时间片，所述当前信源卫星通过中继卫星n发送数据量为Q(k)的数据时的发送时间，其中，Tn(k)表示所述发送时间，Rn(k)表示所述当前时间片所述当前信源卫星与所述中继卫星n的通信信道的信道速率，所述中继卫星n为所述至少一个中继卫星中的第n个中继卫星，n依次1至N；根据公式pn(k)＝βRn(k)+(1-β)wa(k)确定预设参数pn(k)，其中，wa(k)表示所述当前信源卫星与所述中继卫星n之间的关系系数；根据所述发送时间Tn(k)和所述预设参数pn(k)构建数据模型；对所述数据模型进行求解，得到所述最优中继卫星。
进一步地，根据所述发送时间Tn(k)和所述预设参数pn(k)构建数据模型包括：根据所述发送时间Tn(k)和所述预设参数pn(k)确定第一中间变量和第二中间变量其中，K为所述当前时间片之后的时刻，且K趋近于正无穷；根据公式构建所述数据模型，以及根据公式构建所述数据模型的约束条件，其中，Yth为第二预设阈值。
进一步地，对所述数据模型进行求解，得到所述最优中继卫星包括：确定第三中间变量Virn(k)，其中，所述第三中间变量Virn(k)满足公式通过公式对所述数据模型进行求解，得到所述最优中继卫星。
进一步地，确定能够为所述当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星包括：向与所述当前信源卫星相邻的中继卫星发送请求消息，其中，所述请求消息为请求所述相邻的中继卫星进行数据传输的消息；获取所述相邻的中继卫星中的全部或者部分中继卫星返回的应答消息；将所述应答消息中的确认信息对应的中继卫星作为所述至少一个中继卫星，其中，所述确认信息表示确认能够为所述当前信源卫星进行数据传输。
进一步地，在判断所述第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值之后，所述方法还包括：如果判断出所述第一物理参数的参数值大于或者等于所述第一预设阈值，则保持所述当前信源卫星与目标中继卫星的连接状态。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种中继卫星的选择装置，包括：检测单元，用于检测第一物理参数的参数值，其中，所述第一物理参数用于表征当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信信道的信道状态，所述目标中继卫星为当前时刻与所述当前信源卫星通信连接的卫星；判断单元，用于判断所述第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值；确定单元，用于在判断出所述第一物理参数的参数值小于所述第一预设阈值的情况下，确定能够为所述当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星；获取单元，用于获取第二物理参数，其中，所述第二物理参数表示所述当前信源卫星与所述至少一个中继卫星中每个所述中继卫星的系统状态；选择单元，用于根据所述第二物理参数在所述至少一个中继卫星中选择最优中继卫星，并将与所述目标中继卫星的通信连接切换至与所述最优中继卫星进行数据的通信连接。
进一步地，所述获取单元用于：获取第一参数Q(k)的参数值，第二参数[x0(k),x1(k),…,xN(k)]的参数值和第三参数w的参数值，其中，所述第一参数表示所述当前信源卫星在当前时间片的待发送数据量，所述第二参数表示所述当前信源卫星和所述至少一个中继卫星的位置，所述第三参数表示所述当前信源卫星和所述至少一个中继卫星之间的关系系数，N表示所述至少一个中继卫星的数量；所述选择单元用于：根据第一参数的参数值，第二参数的参数值和第三参数的参数值确定选择所述最优中继卫星。
进一步地，所述第一物理参数包括信道速率，所述选择单元包括：计算模块，用于根据公式计算在所述当前时间片，所述当前信源卫星通过中继卫星n发送数据量为Q(k)的数据时的发送时间，其中，Tn(k)表示所述发送时间，Rn(k)表示所述当前时间片所述当前信源卫星与所述中继卫星n的通信信道的信道速率，所述中继卫星n为所述至少一个中继卫星中的第n个中继卫星，n依次1至N；确定模块，用于根据公式pn(k)＝βRn(k)+(1-β)wa(k)确定预设参数pn(k)，其中，wa(k)表示所述当前信源卫星与所述中继卫星n之间的关系系数；构建模块，用于根据所述发送时间Tn(k)和所述预设参数pn(k)构建数据模型；求解模块，用于对所述数据模型进行求解，得到所述最优中继卫星。
在本发明实施例中，首先检测用于表征当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信信道的信道状态的第一物理参数的参数值，然后，判断第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值，其中，如果判断出第一物理参数的参数值小于第一预设阈值，则确定能够为当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星；接下来，获取第二物理参数，其中，第二物理参数表示当前信源卫星与至少一个中继卫星中每个中继卫星的系统状态；最后，根据第二物理参数在至少一个中继卫星中选择最优中继卫星，并将与目标中继卫星的通信连接切换至与最优中继卫星进行数据的通信连接。在本发明实施例中，通过实时检测当前信源卫星与目标中继卫星的信道状态，来实现对目标中继卫星的实时切换，达到了动态选择用于为当前信源卫星进行数据传输的最优中继卫星的目的，进而缓解了现有技术中当前信源卫星和中继卫星之间的通信信道通信不稳定的技术问题，从而实现了提高信源卫星和中继卫星之间的通信质量的技术效果。
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中继卫星的选择方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的一种可选地中继卫星的选择方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的一种中继卫星的选择装置的示意图；
图4是根据本发明实施例的一种可选地中继卫星的选择装置的示意图；
图5是根据本发明实施例的一种可选地中继卫星的选择装置的示意图。
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。
实施例一
根据本发明实施例，提供了一种中继卫星的选择方法的实施例，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中继卫星的选择方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，检测第一物理参数的参数值，其中，第一物理参数用于表征当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信信道的信道状态，目标中继卫星为当前时刻与当前信源卫星通信连接的卫星。
在本发明实施例中，目标中继卫星为当前时刻与当前信源卫星通信连接的中继卫星，也就是说，在当前时刻当前信源卫星通过目标中继卫星向地面站传输数据。上述第一物理参数用于表示当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信信道的信道状态。
由于卫星的高动态性，因此，信源卫星和中继卫星之间的通信信道的信道状态会随时发生变化，进而有可能导致信源卫星和中继卫星之间的数据传输质量下降。基于此，在本发明实施例中，可以实时检测当前信源卫星与目标中继卫星之间的信道状态，进而根据信道状态确定当前信源卫星和目标中继卫星之间的通信质量。
步骤S104，判断第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值。
通过上述步骤S102中的描述可知，在本发明实施例中，可以通过当前信源卫星和目标中继卫星之间的信道状态确定当前信源卫星和目标中继卫星之间的通信质量。具体地，在本发明实施例中，可以通过预设一个阈值(即，第一预设阈值)来对通信质量的好坏进行量化。
步骤S106，如果判断出第一物理参数的参数值小于第一预设阈值，则确定能够为当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星。
如果判断出第一物理参数的参数值小于第一预设阈值，那么确定当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信质量较差，此时，不再建议继续通过该目标中继卫星为当前信源卫星进行数据的传输。此时，就可以启动切换目标中继卫星的机制，也就是说，可以在初步确定出的至少一个中继卫星中确定最优的中继卫星，以根据最优中继卫星为当前信源卫星进行数据的传输。
步骤S108，获取第二物理参数，其中，第二物理参数表示当前信源卫星与至少一个中继卫星中每个中继卫星的系统状态。
在本发明实施例中，在确定最优中继卫星时，可以首先获取用于表示当前时刻当前信源卫星与每个中继卫星的系统状态的物理参数(即，第二物理参数)，进而，根据该物理参数确定最优中继卫星。
步骤S110，根据第二物理参数在至少一个中继卫星中选择最优中继卫星，并将与目标中继卫星的通信连接切换至与最优中继卫星进行数据的通信连接。
通过上述描述可知，在本发明实施例中，能够检测当前信源卫星与目标中继卫星之间的信道状态，进而，根据信道状态动态选择中继卫星进行通信。其中，在当前信源卫星与目标中继卫星之间的信道状态较差时，也即通信质量较差时，则自动启动切换中继卫星的机制，保证当前信源卫星能够实时连接至最优中继卫星，其中，最优中继卫星表示在当前时刻其与当前信源卫星之前的通信质量最优。
在本发明实施例中，设置了一种动态选择中继卫星的机制，在动态选择机制之前，考虑到当前时隙的信道质量来确定是否启动动态选择机制。进而，根据当前时隙和未来时隙的信道质量来进行中继卫星的决策，以保证决策出的中继卫星与当前信源卫星进行通信时，能够提供长期并稳定的通信质量。
在本发明实施例中，首先检测用于表征当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信信道的信道状态的第一物理参数的参数值，然后，判断第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值，其中，如果判断出第一物理参数的参数值小于第一预设阈值，则确定能够为当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星；接下来，获取第二物理参数，其中，第二物理参数表示当前信源卫星与至少一个中继卫星中每个中继卫星的系统状态；最后，根据第二物理参数在至少一个中继卫星中选择最优中继卫星，并将与目标中继卫星的通信连接切换至与最优中继卫星进行数据的通信连接。在本发明实施例中，通过实时检测当前信源卫星与目标中继卫星的信道状态，来实现对目标中继卫星的实时切换，达到了动态选择用于为当前信源卫星进行数据传输的最优中继卫星的目的，进而缓解了现有技术中当前信源卫星和中继卫星之间的通信信道通信不稳定的技术问题，从而实现了提高信源卫星和中继卫星之间的通信质量的稳定性技术效果。
上述第一物理参数的种类有很多种，在本发明实施例的一个可选实施方式中，第一物理参数可以选取为信道速率，即当前信源卫星和目标中继卫星之间的信道速率。其中，假设目标中继卫星表示为k，那么当前信源卫星与目标中继卫星k之间的信道速率可以表示为公式：R(k)＝Wmin{log(1+γk),log(1+γT+γk,T)}，其中，R(k)即为当前信源卫星与目标中继卫星k之间的信道速率，W为已知量，表示当前信源卫星与目标中继卫星k之间的是信道带宽，γk表示当前信源卫星与目标中继卫星k之间的信噪比，γT表示当前信源卫星与地面站之间的信噪比，γk,T表示目标中继卫星k与地面站之间的信噪比。
优选地，在本发明实施例中，通过使用慢衰落模型对信道衰落进行建模，因此，信噪比可通过公式进行定义，其中，P表示发射功率，d表示发射机和接收机之间的欧氏距离，α表示路径损耗系数，n0表示信道噪声功率。需要说明的是，上述四个参数在目标中继卫星选择时均可通过预先规定、测量、信息交换等方式得到，因此上述四个参数均为已知量。
需要说明的是，在本发明实施例中，优选信道速率作为上述第一物理参数，但是，除了信道速率之外，还包括很多种能够确定信道状态的参数。因此，在本发明实施例中，可以通过一种能够表示信道状态的物理参数，还可以结合两种或者多种能够表示信道状态的物理参数对当前信源卫星与目标中继卫星之间的信道状态进行确定。
如图1所示，如果判断出信道状态的参数值(即，第一物理参数的参数值)大于或者等于第一预设阈值，则执行步骤S112，即保持当前信源卫星与目标中继卫星的连接状态。如果判断出信道状态的参数值小于第一预设阈值，则确定当前时刻能为当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星，具体方法描述如下步骤：
步骤S1061，向与当前信源卫星相邻的中继卫星发送请求消息，其中，请求消息为请求相邻的中继卫星进行数据传输的消息；
步骤S1062，获取相邻的中继卫星中的全部或者部分中继卫星返回的应答消息；
步骤S1063，将应答消息中的确认信息对应的中继卫星作为至少一个中继卫星，其中，确认信息表示确认能够为当前信源卫星进行数据传输。
具体地，在确定至少一个中继卫星之前，首先将时间等距离离散化，在每个时隙中，假设卫星速度不变，且信源卫星的数据到达率不变。在启动最优中继卫星的选择的过程中，当前信源卫星首先向邻近的中继卫星发送消息请求消息，以根据请求消息询问中继卫星的状态，即询问中继卫星是否可以为当前信源卫星提供中继服务，以及中继卫星的位置信息等，其中，相邻的中继卫星的数量可能为多个。
相邻的中继卫星在获取到请求消息之后，可以向当前信源卫星返回应答消息，其中，应答消息可以为能够为其提供中继服务的消息，还可以不能为其提供中继服务的消息。当前信源卫星在收到相邻的中继卫星返回的应答消息之后，根据应答消息确认有哪些中继卫星可以提供中继服务，以完成中继卫星的初步中继选择，得到至少一个中继卫星；否则，信源卫星必须保持当前连接，并在时间t0时间段之后重新发送请求消息，以完成至少一个中继卫星的选择。
在确定至少一个中继卫星(也即，备选最优中继卫星)之后，就可以在备选最优中继卫星中确定最终实际想要的最优中继卫星。在确定最优中继卫星之前，需要获取用于表示当前信源卫星与每个备选最优中继卫星的系统状态的第二物理参数，然后，根据第二物理参数确定最优中继卫星。
需要说明的是，第二物理参数的种类有很多中，在本发明实施例的一个可选实施方式中。优选包括以下参数：第一参数Q(k)，第二参数[x0(k),x1(k),…,xN(k)]和第三参数w作为第二物理参数，其中，Q(k)表示当前信源卫星在当前时间片的待发送数据量，[x0(k),x1(k),…,xN(k)]表示当前信源卫星和至少一个中继卫星的位置，w表示当前信源卫星和至少一个中继卫星之间的关系系数，N表示至少一个中继卫星的数量，每两次连续的最优中继卫星选择过程之间的时间称为一个时间片。
在获取到第一参数，第二参数和第三参数之后，就可以根据第一参数的参数值，第二参数的参数值和第三参数的参数值确定选择最优中继卫星，即做出最优中继卫星的选择，在本发明实施例中，将最优中继卫星的选择定义为a(k)。
在本发明实施例的另一个可选实施方式中，第一物理参数包括信道速率，根据第一参数的参数值，第二参数的参数值和第三参数的参数值确定选择最优中继卫星包括如下步骤：
步骤S1，根据公式计算在当前时间片，当前信源卫星通过中继卫星n发送数据量为Q(k)的数据时的发送时间，其中，Tn(k)表示发送时间，Rn(k)表示当前时间片当前信源卫星与中继卫星n的通信信道的信道速率，中继卫星n为至少一个中继卫星中的第n个中继卫星，n依次1至N；
在本发明实施例中，假设当前信源卫星表示为信源卫星为u0，至少一个中继卫星表示为u＝{u1,u2,…,un,…,uN}，那么该信源卫星u0与u＝{u1,u2,…,un,…,uN}中任意一个中继卫星之间的信道速率可以表示为Rn(k)。此时，可以计算当前时间片，信源卫星u0通过中继卫星n发送数据量为Q(k)的数据时的发送时间Tn(k)。
需要说明的是，在本发明实施例中，由于Q(k)和Rn(k)在一个时间片中是不断变化的，因此，计算出的发送时间Tn(k)并非表示真实的时间，而是根据时间片开始时第二物理参数进行的估算，用来评价中继卫星选择a(k)的优劣。
进一步需要说明的是，单纯地考虑上述发送时间来选择最优中继卫星时，确定出的最优中继卫星往往并不是最精确的，因此，在本发明实施例中，还可以考虑其他的参数，例如，综合考虑每个中继卫星的信道状态和隐私泄露危险，以及上述发送时间，并根据上述多个维度的参数来精确地确定最优中继卫星。因此，在本发明实施例中，通过下述步骤S2定义预设参数pn(k)。
步骤S2，根据公式pn(k)＝βRn(k)+(1-β)wa(k)确定预设参数pn(k)，其中，wa(k)表示当前信源卫星与中继卫星n之间的关系系数；
也就是说，本发明实施例中，在确定最优中继卫星的过程中，可以综合考虑预设参数pn(k)和上述发送时间Tn(k)，进而，通过上述两个参数来准确地确定最优中继卫星。
需要说明的是，由于中继通信(即，信源卫星和中继卫星之间的通信)存在隐私泄露的潜在风险，信源卫星应尽量选择与其关系密切的中继卫星，以避免隐私泄露风险。因此，在本发明实施例中，可以通过关系系数向量w＝[w1,w2,…,wN]来表征当前信源卫星与各中继卫星之间的关系。该关系系数可由多种因素决定，包括当前信源卫星与各中继卫星之间两次通信之间的平均间隔、通信频率、平均通信时长等。
因此，在本发明实施例中，在确定最优中继卫星时，不仅综合考虑当前时隙和未来时隙的信道质量，还考虑到了信道质量和卫星之间的通信历史(例如，当前信源卫星与各中继卫星之间两次通信之间的平均间隔、通信频率、平均通信时长等)，进而，根据信道质量和通信历史确定最优中继卫星，不仅能够在提供较好的通信质量的同时，还能尽可能减小隐私泄露的风险。
步骤S3，根据发送时间Tn(k)和预设参数pn(k)构建数据模型；
步骤S4，对数据模型进行求解，得到最优中继卫星。
在本发明实施例中，在确定发送时间和预设参数之后，就可以根据该参数构建数据模型；然后，对数据模型进行求解，并根据求解结果确定最优中继卫星。
进一步地，根据发送时间Tn(k)和预设参数pn(k)构建数据模型包括如下步骤：
步骤S31，根据发送时间Tn(k)和预设参数pn(k)确定第一中间变量和第二中间变量其中，K为当前时间片之后的时刻，K趋近于正无穷；
考虑到信源卫星和中继卫星时刻处于高速运动中，因此只关注当前时刻的通信质量是不够的，必须考虑未来一段时间内通信质量的变化。例如，有些中继卫星选择在当前时刻看来并非最优，但能够在未来很长一段时间保持较高的通信质量，这样的选择应该是我们更欢迎的。为了能够做出这样的选择，在本发明实施例中，采用动态优化的方法来解决该问题。
也就是说，在根据发送时间Tn(k)和预设参数pn(k)构建数据模型的过程中，考虑到了未来一段时间内的发送时间和预设参数，其中，K表示未来时间，K趋近于正无穷。具体地，在本发明实施例中，可以根据公式构建第一中间变量以及根据公式构建第二中间变量。
步骤S32，根据公式构建数据模型，以及根据公式s.t.构建数据模型的约束条件，其中，Yth为第二预设阈值；
在确定第一中间变量和第二中间变量之后，根据第一中间变量和第二中间变量构建数据模型进一步地，除了根据第一中间变量和第二中间变量构建数据模型之外，还可以根据第一中间变量和第二中间变量构建数据模型的约束条件，其中，Yth是预先设定的阈值(即，上述第二预设阈值)。
在确定数据模型和其约束条件之后，就可以根据该约束条件对数据模型进行求解，并根据求解结果确定最优中继卫星。也就是说，在本发明实施例中，将最优中继卫星的选择过程转化为计算数据模型的最小值的问题。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，对数据模型进行求解，得到最优中继卫星包括如下步骤：
步骤S41，确定第三中间变量Virn(k)，其中，第三中间变量Virn(k)满足公式
步骤S42，通过公式对数据模型进行求解，得到最优中继卫星。
在本发明实施例中，为了求解上述优化问题，首先，定义第三中间变量Virn(k),n∈{1,2,…,N}，其中，该第三中间变量满足下述公式
此时就可以将上述求解数据模型的问题转化为求解下述模型的问题：其中，V是一个预先知道的非负常数。
对数据模型的求解过程进行转化之后，求解最优解的问题中全部为已知或可计算得到的量，且优化变量即为中继卫星选择，并且该优化变量是一个离散且有限的量，因此可方便的通过遍历法解得a(k)。
综上，在本发明实施例中，提供的中继卫星的选择方法为一种动态的中继卫星的选择方法，该方法相比静态选择方法，可以兼顾当前和未来的信道质量，提供长期稳定的通信质量；并且该方法综合考虑信道质量以及卫星之间的通信历史，从而在提供较好的通信质量的同时，尽可能减小隐私泄露的风险。
实施例二
图2是根据本发明实施例的一种可选地中继卫星的选择方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤S201，检测用于表示当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信信道的信道状态的信道速率；
在本发明实施例中，信道速率即为上述实施例一中描述的第一物理参数，用于表征当前信源卫星目标中继卫星之间的通信信道的信道状态的参数；目标中继卫星为当前时刻与当前信源卫星通信连接的卫星。
步骤S202，判断信道速率是否小于预设信道速率，其中，如果判断出是，则执行步骤S203，如果判断出不是，则返回执行步骤S201；
在本发明实施例中，预设信道速率即上述实施例一中的第一预设阈值。
步骤S203，向与当前信源卫星相邻的中继卫星发送请求消息，其中，请求消息为请求相邻的中继卫星进行数据传输的消息；其中，步骤S203与上述实施例一中的步骤S1061相同，此处不再赘述。
步骤S204，判断是否接收到相邻的中继卫星返回的应答消息，其中，如果判断出接收到，则执行步骤S206，如果判断出未接收到应答消息，则执行步骤S205；
中继卫星在获取到请求消息之后，可以向当前信源卫星返回应答消息，其中，应答消息可以为能够为其提供中继服务的消息，还可以不能为其提供中继服务的消息。当前信源卫星在收到中继卫星返回的应答消息之后，根据应答消息确认有哪些中继卫星可以提供中继服务，以完成中继卫星的初步中继选择，得到至少一个中继卫星；否则，信源卫星必须保持当前连接，并在时间t0之后重新请求消息，以完成至少一个中继卫星的选择。
步骤S205，保持当前信源卫星与目标中继卫星的连接状态，并返回执行步骤S203；
步骤S206，获取当前信源卫星与该中继卫星的系统状态；
在本发明实施例中，系统状态即为上述实施例一中的第二物理参数，此处不再赘述。
步骤S207，根据系统状态确定最优中继卫星；
步骤S208，将与目标中继卫星的通信连接切换至与最优中继卫星进行数据的通信连接，并返回步骤S201，重新执行上述步骤S201至步骤S208；
在本发明实施例中，根据系统状态(即，第二物理参数)确定最优中继卫星的过程与上述步骤S1至步骤S4，以及步骤S31和步骤S32，以及步骤S41和步骤S42中所描述的过程相同，此处不再赘述。
在本发明实施例中，通过实时检测当前信源卫星与目标中继卫星的信道状态，来实现对目标中继卫星的实时切换，达到了动态选择用于为当前信源卫星进行数据传输的最优中继卫星的目的，进而缓解了现有技术中由于现有技术中静态选择中继卫星的方法导致的当前信源卫星和中继卫星之间的通信质量较差的技术问题，从而实现了提高信源卫星和中继卫星之间的通信质量的技术效果。
实施例三
本发明实施例还提供了一种中继卫星的选择装置，该中继卫星的选择装置主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的中继卫星的选择方法，以下对本发明实施例提供的中继卫星的选择装置做具体介绍。
图3是根据本发明实施例的一种中继卫星的选择装置的示意图，如图3所示，该中继卫星的选择装置主要包括：检测单元31，判断单元32，确定单元33，获取单元34和选择单元35，其中：
检测单元31，用于检测第一物理参数的参数值，其中，第一物理参数用于表征当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信信道的信道状态，目标中继卫星为当前时刻与当前信源卫星通信连接的卫星；
判断单元32，用于判断第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值；
确定单元33，用于在判断出第一物理参数的参数值小于第一预设阈值的情况下，确定能够为当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星；
获取单元34，用于获取第二物理参数，其中，第二物理参数表示当前信源卫星与至少一个中继卫星中每个中继卫星的系统状态；
选择单元35，用于根据第二物理参数在至少一个中继卫星中选择最优中继卫星，并将与目标中继卫星的通信连接切换至与最优中继卫星进行数据的通信连接。
在本发明实施例中，通过实时检测当前信源卫星与目标中继卫星的信道状态，来实现对目标中继卫星的实时切换，达到了动态选择用于为当前信源卫星进行数据传输的最优中继卫星的目的，进而缓解了现有技术中当前信源卫星和中继卫星之间的通信信道通信不稳定的技术问题，从而实现了提高信源卫星和中继卫星之间的通信质量的技术效果。
可选地，获取单元用于：获取第一参数Q(k)的参数值，第二参数[x0(k),x1(k),…,xN(k)]的参数值和第三参数w的参数值，其中，第一参数表示当前信源卫星在当前时间片的待发送数据量，第二参数表示当前信源卫星和至少一个中继卫星的位置，第三参数表示当前信源卫星和至少一个中继卫星之间的关系系数，N表示至少一个中继卫星的数量；选择单元用于：根据第一参数的参数值，第二参数的参数值和第三参数的参数值确定选择最优中继卫星。
图4是根据本发明实施例的一种可选地中继卫星的选择装置的示意图，如图4所示，选择单元35包括：计算模块41，确定模块42，构建模块43和求解确定模块44，其中，计算模块，用于根据公式计算在当前时间片，当前信源卫星通过中继卫星n发送数据量为Q(k)的数据时的发送时间，其中，Tn(k)表示发送时间，Rn(k)表示当前时间片当前信源卫星与中继卫星n的通信信道的信道速率，中继卫星n为至少一个中继卫星中的第n个中继卫星，n依次1至N；确定模块，用于根据公式pn(k)＝βRn(k)+(1-β)wa(k)确定预设参数pn(k)，其中，wa(k)表示当前信源卫星与中继卫星n之间的关系系数；构建模块，用于根据发送时间Tn(k)和预设参数pn(k)构建数据模型；求解确定模块，用于对数据模型进行求解，得到最优中继卫星。
可选地，构建模块用于：根据发送时间Tn(k)和预设参数pn(k)确定第一中间变量和第二中间变量其中， K为当前时间片之后的时刻，K趋近于正无穷；根据公式构建数据模型，以及根据公式构建数据模型的约束条件，其中，Yth为第二预设阈值。
可选地，求解单元用于：确定第三中间变量Virn(k)，其中，第三中间变量Virn(k)满足公式n∈{1,2,…,N}；通过公式对数据模型进行求解，得到最优中继卫星。
可选地，确定单元用于：向与当前信源卫星相邻的中继卫星发送请求消息，其中，请求消息为请求相邻的中继卫星进行数据传输的消息；获取相邻的中继卫星中的全部或者部分中继卫星返回的应答消息；将应答消息中的确认信息对应的中继卫星作为至少一个中继卫星，其中，确认信息表示确认能够为当前信源卫星进行数据传输。
图5是根据本发明实施例的一种可选地中继卫星的选择装置的示意图，如图5所示，装置还包括：保持单元51，用于在判断第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值之后，如果判断出第一物理参数的参数值大于或者等于第一预设阈值，则保持当前信源卫星与目标中继卫星的连接状态。
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 (7)

1.一种中继卫星的选择方法，其特征在于，包括：
检测第一物理参数的参数值，其中，所述第一物理参数用于表征当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信信道的信道状态，所述目标中继卫星为当前时刻与所述当前信源卫星通信连接的卫星；
判断所述第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值；
如果判断出所述第一物理参数的参数值小于所述第一预设阈值，则确定能够为所述当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星；
获取第二物理参数，其中，获取所述第二物理参数包括：获取第一参数Q(k)的参数值，第二参数[x0(k),x1(k),…,xN(k)]的参数值和第三参数w的参数值，其中，所述第一参数表示所述当前信源卫星在当前时间片的待发送数据量，所述第二参数表示所述当前信源卫星和所述至少一个中继卫星的位置，所述第三参数表示所述当前信源卫星和所述至少一个中继卫星的关系系数，N表示所述至少一个中继卫星的数量，k表示所述当前信源卫星；
根据所述第二物理参数在所述至少一个中继卫星中选择最优中继卫星，并将与所述目标中继卫星的通信连接切换至与所述最优中继卫星进行数据的通信连接；
其中，确定能够为所述当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星包括：
向与所述当前信源卫星相邻的中继卫星发送请求消息，其中，所述请求消息为请求所述相邻的中继卫星进行数据传输的消息；
获取所述相邻的中继卫星中的全部或者部分中继卫星返回的应答消息；
将所述应答消息中的确认信息对应的中继卫星作为所述至少一个中继卫星，其中，所述确认信息表示确认能够为所述当前信源卫星进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一物理参数包括信道速率，根据所述第二物理参数在所述至少一个中继卫星中选择最优中继卫星包括：
根据公式计算在所述当前时间片，所述当前信源卫星通过中继卫星n发送数据量为Q(k)的数据时的发送时间，其中，Tn(k)表示所述发送时间，Rn(k)表示所述当前时间片所述当前信源卫星与所述中继卫星n的通信信道的信道速率，所述中继卫星n为所述至少一个中继卫星中的第n个中继卫星，n依次1至N；
根据公式pn(k)＝βRn(k)+(1-β)wa(k)确定预设参数pn(k)，其中，wa(k)表示所述当前信源卫星与所述中继卫星n之间的关系系数，β是预设常数；
根据所述发送时间Tn(k)和所述预设参数pn(k)构建数据模型；
对所述数据模型进行求解，得到所述最优中继卫星。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述发送时间Tn(k)和所述预设参数pn(k)构建数据模型包括：
根据所述发送时间Tn(k)和所述预设参数pn(k)确定第一中间变量和第二中间变量其中，K为所述当前时间片之后的时刻，且K趋近于正无穷；
根据公式构建所述数据模型，以及根据公式构建所述数据模型的约束条件，其中，Yth为第二预设阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述数据模型进行求解，得到所述最优中继卫星包括：
确定第三中间变量Virn(k)，其中，所述第三中间变量Virn(k)满足公式
通过公式对所述数据模型进行求解，得到所述最优中继卫星，其中，V是预设非负常数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判断所述第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值之后，所述方法还包括：
如果判断出所述第一物理参数的参数值大于或者等于所述第一预设阈值，则保持所述当前信源卫星与目标中继卫星的连接状态。
6.一种中继卫星的选择装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测第一物理参数的参数值，其中，所述第一物理参数用于表征当前信源卫星与目标中继卫星之间的通信信道的信道状态，所述目标中继卫星为当前时刻与所述当前信源卫星通信连接的卫星；
判断单元，用于判断所述第一物理参数的参数值是否小于第一预设阈值；
确定单元，用于在判断出所述第一物理参数的参数值小于所述第一预设阈值的情况下，确定能够为所述当前信源卫星进行数据传输的至少一个中继卫星；
获取单元，用于获取第二物理参数，其中，所述获取单元还用于：获取第一参数Q(k)的参数值，第二参数[x0(k),x1(k),…,xN(k)]的参数值和第三参数w的参数值，其中，所述第一参数表示所述当前信源卫星在当前时间片的待发送数据量，所述第二参数表示所述当前信源卫星和所述至少一个中继卫星的位置，所述第三参数表示所述当前信源卫星和所述至少一个中继卫星之间的关系系数，N表示所述至少一个中继卫星的数量，k表示所述当前信源卫星；
选择单元，用于根据所述第二物理参数在所述至少一个中继卫星中选择最优中继卫星，并将与所述目标中继卫星的通信连接切换至与所述最优中继卫星进行数据的通信连接；
其中，所述确定单元包括：
请求模块，用于向与所述当前信源卫星相邻的中继卫星发送请求消息，其中，所述请求消息为请求所述相邻的中继卫星进行数据传输的消息；
获取模块，用于获取所述相邻的中继卫星中的全部或者部分中继卫星返回的应答消息；
确认模块，用于将所述应答消息中的确认信息对应的中继卫星作为所述至少一个中继卫星，其中，所述确认信息表示确认能够为所述当前信源卫星进行数据传输。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一物理参数包括信道速率，所述选择单元包括：
计算模块，用于根据公式计算在所述当前时间片，所述当前信源卫星通过中继卫星n发送数据量为Q(k)的数据时的发送时间，其中，Tn(k)表示所述发送时间，Rn(k)表示所述当前时间片所述当前信源卫星与所述中继卫星n的通信信道的信道速率，所述中继卫星n为所述至少一个中继卫星中的第n个中继卫星，n依次1至N；
确定模块，用于根据公式pn(k)＝βRn(k)+(1-β)wa(k)确定预设参数pn(k)，其中，wa(k)表示所述当前信源卫星与所述中继卫星n之间的关系系数，β是预设常数；
构建模块，用于根据所述发送时间Tn(k)和所述预设参数pn(k)构建数据模型；
求解模块，用于对所述数据模型进行求解，得到所述最优中继卫星。
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