CN107959522B - 一种星间通信方法、天基骨干网及计算机存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种星间通信方法、天基骨干网及计算机存储介质，本发明通过将控制信息和业务信息分离，并将低速的控制信息在电域中传输和处理，将高速的业务信息在光域中传输和交换，以充分利用电处理技术成熟和光交换低功耗、大容量等优势，基于光电混合交换技术实现天基骨干节点的大容量交换。

Description

一种星间通信方法、天基骨干网及计算机存储介质
技术领域
本发明涉及空间组网通信技术领域，尤其涉及一种星间通信方法、天基骨干网及计算机存储介质。
背景技术
随着用户需求和技术的进步，传统的单星通信系统开始朝着空间组网的天基信息网络发展。天基骨干网是天基信息网络的核心，由若干位于地球同轨轨道的卫星节点空间组网而成。目前的星间链路主要是微波链路，受传输带宽限制，链路速率和交换容量都比较有限。随着空间激光通信技术的逐渐成熟，未来天基骨干网将采用激光链路实现高速互联，对星上交换能力也提出了很高的要求。因此，如何实现星上高效的交换方式成为现在亟待需要解决的问题。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种星间通信方法、天基骨干网及计算机存储介质，用以解决现有技术通过电交换难以实现星上大容量信息交换的问题。
为解决上述问题，本发明主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种星间通信方法，包括：将环形拓扑的天基骨干网中相邻天基骨干节点之间通过激光链路和微波链路进行连接；将控制信息通过所述微波链路传输，业务信息通过所述激光链路传输。
进一步地，在天基骨干节点对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
进一步地，在天基骨干节点对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延，具体包括：设置各个天基骨干节点i的光延迟时间Di，使得各个天基骨干节点i的光延迟时间Di与各个天基骨干节点i的控制信息处理时间Ti相同，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
进一步地，在天基骨干节点对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延，具体包括：设置某一个天基骨干节点补偿整个环网中所有天基骨干节点累积的控制信息与业务信息的时间差，使得控制信息与业务信息的偏置时间在环网中绕一圈后回到该节点时能保持相同，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
本发明另一方面还提供了一种天基骨干网，该天基骨干网包括：多个天基骨干节点，所述多个天基骨干节点构成环形拓扑的天基骨干网架构；所述天基骨干节点之间通过激光链路和微波链路进行连接，且控制信息由所述微波链路传输，业务信息由所述激光链路传输。
进一步地，所述天基骨干节点，用于对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
进一步地，各个天基骨干节点i的光延迟时间Di设置为各个天基骨干节点 i的控制信息处理时间Ti，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
进一步地，某一个天基骨干节点补偿整个环网中所有天基骨干节点累积的控制信息与业务信息的时间差，使得控制信息与业务信息的偏置时间在环网中绕一圈后回到该节点时能保持相同，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延，所述某一个天基骨干节点为环形拓扑的天基骨干网架构中的任一个天基骨干节点。
本发明在一方面还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述任意一种所述的星间通信方法。
本发明有益效果如下：
本发明通过将控制信息和业务信息分离，并将低速的控制信息在电域中传输和处理，将高速的业务信息在光域中传输和交换，以充分利用电处理技术成熟和光交换低功耗、大容量等优势，基于光电混合交换技术实现天基骨干节点的大容量交换。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例星间通信方法的流程示意图；
图2为本发明实施例天基骨干网环形架构组成示意图；
图3为本发明实施例的天基骨干节点组成示意图；
图4为本发明实施例的天基骨干节点光电混合交换流程示意图；
图5(a)为本发明实施例的一种偏置时间调整方案示意图；
图5(b)为本发明实施例的另一种偏置时间调整方案示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。
本发明实施例提供了一种星间通信方法，参见图1，该方法包括：
S101、将环形拓扑的天基骨干网中相邻天基骨干节点之间通过激光链路和微波链路进行连接；
S102、将控制信息通过所述微波链路传输，业务信息通过所述激光链路传输。
也就是说，本发明通过将控制信息和业务信息分离，并将低速的控制信息在电域中传输和处理，将高速的业务信息在光域中传输和交换，以充分利用电处理技术成熟和光交换低功耗、大容量等优势，基于光电混合交换技术实现天基骨干节点的大容量交换。
或者，也可以说，本发明实施例所述的方法的天基骨干网基于双向环形拓扑，采用控制和业务分离的思路，控制信息通过低速微波链路传输，业务信息通过高速激光链路传输，天基骨干节点采用光电混合交换，控制信息在电域中处理和交换，业务信息根据控制信息生成的控制指令在光域中交换。
图2为本发明实施例天基骨干网环形架构组成示意图，如图2所示，本发明实施例的天基骨干网采用双向环形拓扑结构。其中，天基骨干节点20分别通过激光链路21和微波链路22进行连接。本发明实施例的业务信息在进入天基骨干网之前先在节点汇聚和缓存，实现无冲突的数据调度以及基于业务等级的区分服务。
具体实施时，本发明实施例在天基骨干节点对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
具体来说，本发明实施例在天基骨干节点对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延的一种方法，具体包括：设置各个天基骨干节点i的光延迟时间Di，使得各个天基骨干节点i的光延迟时间Di与各个天基骨干节点i的控制信息处理时间Ti相同，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
也就是说，本发明实施例通过对各个天基骨干节点对业务信息进行均设置延迟，从而补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
具体来说，本发明实施例在天基骨干节点对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延的另一种方法，具体包括：设置某一个天基骨干节点补偿整个环网中所有天基骨干节点累积的控制信息与业务信息的时间差，使得控制信息与业务信息的偏置时间在环网中绕一圈后回到该节点时能保持相同，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
也就是说，本发明实施例通过在天基骨干网中某一个天基骨干节点对业务信息设置延迟，从而补偿所有天基骨干节点的控制信息与所述业务信息之间的时延。
图3为本发明的天基骨干节点组成示意图，天基骨干节点包括：收发模块、控制模块、光交换模块、光延迟模块、光电转换模块、存储模块。
本发明提供的基于光电混合交换的天基骨干网架构，其系统组成包括若干个位于地球同步轨道的天基骨干节点，相邻节点之间通过高速激光链路和低速微波链路相连，构成一个环网，其中高速激光链路用于业务信息传输，低速微波链路用于控制信息传输。
每个天基骨干节点包括六部分，分别为收发模块、控制模块、光交换模块、光延迟模块、光电转换模块、存储模块，收发模块实现激光和微波信号的收发功能，微波收发模块与控制模块相连，激光收发模块与光交换模块相连；控制模块接收控制信息，完成对控制信息的处理，生成控制指令发送给光交换模块，并生成新的控制信息发送给微波收发模块；光交换模块根据控制指令，完成内部交换矩阵的切换，实现业务信息在光域的大容量交换；光延迟模块实现光信号延迟一段设定的时间；光电转换模块实现光信号和电信号之间的转换；存储模块实现业务信息的存储。
节点交换的步骤包括：1)业务分类与汇聚：节点接收本节点所属范围内的用户发过来的数据，根据目的地和业务等级将数据分类，对同类业务进行汇聚，并存储在存储模块中等待发送；2)控制信息处理：节点从微波收发模块接收到控制信息并发送给控制模块，控制模块分析控制信息，包括是否有数据要在本节点下路、本节点是否有数据上路、激光链路资源是否可用等，根据不同的情况生成相应的控制指令发送给光交换模块；3)业务信息交换：光交换模块根据控制模块发送过来的控制指令完成业务信息交换；4)控制信息更新与发送：控制模块更新控制信息中的内容，生成新的控制信息，并通过微波收发模块发往下一个节点。
为实现光电混合交换功能，控制信息需要比业务信息提前一段时间(称之为偏置时间)到达天基骨干节点，以便节点可以完成对控制信息的处理并生成控制指令用于配置光交换模块。控制信息在节点处理需要一定时间，而业务信息不用处理直接经过光交换只需要很短的时间。如果不对业务信息进行操作，每经过一个节点，控制信息与业务信息的偏置时间都会减小，累积到一定程度将会出现业务信息比控制信息提前到达节点的情况。为了避免出现这种情况，在节点引入了光延迟模块，对承载业务信息的光信号进行延迟，用于补偿控制信息的处理时延。
图4为本发明实施例的天基骨干节点光电混合交换流程示意图，如图4所示，基于光电混合交换的天基骨干节点数据交换方法包括：
以天基骨干网中的某一节点B为例，只考虑环网的一个方向数据流，假设其上游节点为节点A，下游节点为节点C：
S401、节点B的收发模块从微波链路接收从上游节点A发过来的控制信息，并发送给控制模块进行处理；
S402、控制模块处理控制信息，分析是否有业务信息需要在本节点下路，如果有则执行步骤S403)，否则跳到步骤S404)；
S403、控制模块生成控制指令给光交换模块和光电转换模块，准备好接收下路业务；
S404、控制模块根据等待上路业务的优先级和到达时间的先后等信息选择上路业务，并生成控制指令给光交换模块和光电转换模块，准备好发送上路业务；
S405、控制模块根据步骤S403)和步骤S404)的业务下路和上路情况，更新控制信息，并通过微波链路的收发模块发送给下游节点C；
S406、光交换模块根据控制模块发过来的控制指令完成业务信息的交换，包括业务的下路和上路。
本发明实施例控制信息与业务信息的偏置时间调整方法包括两种实现方案，分别说明如下：
1)分布式方案，如图5(a) 所示：
每个天基骨干节点都配置光延迟模块，用于补偿本节点控制信息与业务信息的时间差，使得控制信息与业务信息的偏置时间在进入和离开节点时保持不变。假设天基骨干网有N个节点，节点i(1≤i≤N)的光延迟模块的延迟时间为Di，节点i的控制信息处理时间为Ti，则需要满足：
Di＝Ti
2)集中式方案，如图5(b) 所示：
在天基骨干网中指定一个节点配置光延迟模块，用于补偿整个环网中所有节点累积的控制信息与业务信息的时间差，使得控制信息与业务信息的偏置时间在环网中绕一圈后回到该节点时能保持不变。假设该节点光延迟模块的延迟时间为D，则需要满足：
Figure BDA0001437106240000071
本发明实施例还提供了一种天基骨干网，参见图2，本发明实施例的天基骨干网包括：多个天基骨干节点，所述多个天基骨干节点构成环形拓扑的天基骨干网架构；所述天基骨干节点之间通过激光链路和微波链路进行连接，且控制信息由所述微波链路传输，业务信息由所述激光链路传输。
也就是说，本发明通过将控制信息和业务信息分离，并将低速的控制信息在电域中传输和处理，将高速的业务信息在光域中传输和交换，以充分利用电处理技术成熟和光交换低功耗、大容量等优势，基于光电混合交换技术实现天基骨干节点的大容量交换。
或者，也可以说，本发明实施例所述的方法的天基骨干网基于双向环形拓扑，采用控制和业务分离的思路，控制信息通过低速微波链路传输，业务信息通过高速激光链路传输，天基骨干节点采用光电混合交换，控制信息在电域中处理和交换，业务信息根据控制信息生成的控制指令在光域中交换。
具体实施时，本发明实施例的所述天基骨干节点，用于对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
具体来说，本发明可通过将各个天基骨干节点i的光延迟时间Di设置为各个天基骨干节点i的控制信息处理时间Ti，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
或者通过某一个天基骨干节点补偿整个环网中所有天基骨干节点累积的控制信息与业务信息的时间差，使得控制信息与业务信息的偏置时间在环网中绕一圈后回到该节点时能保持相同，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延，所述某一个天基骨干节点为环形拓扑的天基骨干网架构中的任一个天基骨干节点。
相应的，本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现前述实施例提供的任一种星间通信方法，因此也能实现相应的技术效果，前文已经进行了详细的说明，此处不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种星间通信方法，其特征在于，包括：
将环形拓扑的天基骨干网中相邻天基骨干节点之间通过激光链路和微波链路进行连接；
将控制信息通过所述微波链路传输，业务信息通过所述激光链路传输；
在天基骨干节点对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延；
在天基骨干节点对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延，具体包括：设置各个天基骨干节点i的光延迟时间Di，使得各个天基骨干节点i的光延迟时间Di与各个天基骨干节点i的控制信息处理时间Ti相同，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延，其中，所述控制信息处理时间为所述控制信息在天基骨干节点的处理时间；或者，在天基骨干节点对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延，具体包括：设置某一个天基骨干节点补偿整个环网中所有天基骨干节点累积的控制信息与业务信息的时间差，使得控制信息与业务信息的偏置时间在环网中绕一圈后回到该节点时能保持相同，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延。
2.一种天基骨干网，其特征在于，包括：多个天基骨干节点，所述多个天基骨干节点构成环形拓扑的天基骨干网架构；
所述天基骨干节点之间通过激光链路和微波链路进行连接，且控制信息由所述微波链路传输，业务信息由所述激光链路传输；
所述天基骨干节点，用于对业务信息进行延迟，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延；
各个天基骨干节点i的光延迟时间Di设置为各个天基骨干节点i的控制信息处理时间Ti，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延，其中，所述控制信息处理时间为所述控制信息在天基骨干节点的处理时间；
或者，某一个天基骨干节点补偿整个环网中所有天基骨干节点累积的控制信息与业务信息的时间差，使得控制信息与业务信息的偏置时间在环网中绕一圈后回到该节点时能保持相同，以补偿控制信息与所述业务信息之间的时延，所述某一个天基骨干节点为环形拓扑的天基骨干网架构中的任一个天基骨干节点。
3.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现权利要求1所述的星间通信方法。
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