CN107979409A

CN107979409A - 轨道间卫星通信路由方法及装置

Info

Publication number: CN107979409A
Application number: CN201711395452.4A
Authority: CN
Inventors: 徐佳康; 刘丽坤; 李源; 付敬轩; 成晨; 仝俊义
Original assignee: Beijing Nine Days Msi Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Nine Days Msi Technology Development Co Ltd
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2018-05-01
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: CN107979409B

Abstract

本公开涉及一种轨道间卫星通信路由方法及装置，所述方法包括：获取各相邻卫星的交互参数；对于每个相邻卫星，根据相邻卫星的交互参数计算对应的效用信息；从各效用信息中确定出最优效用；将所述最优效用对应的相邻卫星确定为下一跳卫星节点。本公开通过效用信息确立的动态路由，实现了卫星间信息传输的高效动态路由。

Description

轨道间卫星通信路由方法及装置

技术领域

本公开涉及卫星通信领域，尤其涉及一种轨道间卫星通信路由方法及装置。

背景技术

在跨轨道卫星通信系统中，由于不同轨道卫星的动态运动特性不同，不同轨道间的卫星通信链路会随着轨道的变化而动态变化，从而导致星间链路随机通断，信息无法在不同的轨道卫星之间高效路由，给卫星通信网络的发展带来了巨大的冲击。

随着卫星通信网络中节点的不断增多和拓扑结构的不断变化，卫星通信网络面临着如何在不同的卫星之间实现最优路由选择的问题，从源卫星节点到目的卫星节点之间，存在着由于轨道动态变化而生成的不同的路径，如何在不同的路径中优化目标，选择高效稳定的节点和路由路径，是目前卫星通信系统中，尤其是跨轨道卫星通信系统亟需解决的关键问题。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种轨道间卫星通信路由方法及装置，用以解决卫星通信系统中，跨轨道卫星间动态路由的效率低的问题，所述方法包括：

获取各相邻卫星的交互参数；

对于每个相邻卫星，根据相邻卫星的交互参数计算对应的效用信息；

从各效用信息中确定出最优效用；

将所述最优效用对应的相邻卫星确定为下一跳卫星节点。

在一种可能的实现方式中，获取各相邻卫星的交互参数，包括：

周期性地获取各相邻卫星的交互参数。

获取上一时刻各相邻卫星的链路建立概率；

获取当前时刻各相邻卫星的传输功率和预留存储空间。

在一种可能的实现方式中，根据相邻卫星的交互参数计算对应的效用信息，包括：

根据所述传输功率，计算所述相邻卫星在当前时刻的预期效用；

根据所述预留存储空间，计算所述相邻卫星在当前时刻的阻塞率；

根据所述链路建立概率、所述预期效用、所述阻塞率，已建立星间链路的相邻卫星的总个数、第一权值和第二权值，计算相邻卫星的效用信息，所述第一权值和第二权值大于0且小于1，且第一权值和第二权值之和为1。

在一种可能的实现方式中，获取上一时刻各相邻卫星的链路建立概率，包括：

当上一个时刻与相邻卫星成功建立星间链路时，所述相邻卫星的链路建立概率为1；

当上一个时刻与相邻卫星未成功建立星间链路时，所述相邻卫星的链路建立概率为0。

根据本公开的一方面，提供了一种轨道间卫星通信路由装置，包括：

交互参数获取模块，用于获取各相邻卫星的交互参数；

效用信息计算模块，用于对于每个相邻卫星，根据相邻卫星的交互参数计算对应的效用信息；

最优效用确定模块，用于从各效用信息中确定出最优效用；

下一跳节点确定模块，用于将所述最优效用对应的相邻卫星确定为下一跳卫星节点。

在一种可能的实现方式中，所述交互参数获取模块，包括：

周期获取子模块，用于周期性地获取各相邻卫星的交互参数。

在一种可能的实现方式中，所述交互参数获取模块，包括：

上一时刻参数获取子模块，用于获取上一时刻各相邻卫星的链路建立概率；

当前时刻参数获取子模块，用于获取当前时刻各相邻卫星的传输功率和预留存储空间。

在一种可能的实现方式中，所述效用信息计算模块，包括：

预期效用计算子模块，用于根据所述传输功率，计算所述相邻卫星在当前时刻的预期效用；

阻塞率计算子模块，用于根据所述预留存储空间，计算所述相邻卫星在当前时刻的阻塞率；

效用信息计算子模块，用于根据所述链路建立概率、所述预期效用、所述阻塞率，已建立星间链路的相邻卫星的总个数、第一权值和第二权值，计算相邻卫星的效用信息，所述第一权值和第二权值大于0且小于1，且第一权值和第二权值之和为1。

在一种可能的实现方式中，所述上一时刻参数获取子模块，包括：

第一获取子模块，用于当上一个时刻与相邻卫星成功建立星间链路时，所述相邻卫星的链路建立概率为1；

第二获取子模块，用于当上一个时刻与相邻卫星未成功建立星间链路时，所述相邻卫星的链路建立概率为0。

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为：执行上述轨道间卫星通信路由方法中任意一项所述方法的步骤。

根据本公开的一方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行上述轨道间卫星通信路由所述的方法。

本公开通过计算各相邻卫星间的效用信息，确定出最优效用后，将最优效用对应的相邻卫星确定为下一跳卫星节点，建立动态路由。通过效用信息确立的动态路由，实现了卫星间信息传输的高效动态路由。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由方法的流程图；

图2示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由方法的流程图；

图3示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由方法的流程图；

图4示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由装置的框图；

图5示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由装置的框图；

图6示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由示意图；

图7示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由装置的框图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤S10，获取各相邻卫星的交互参数。

步骤S20，对于每个相邻卫星，根据相邻卫星的交互参数计算对应的效用信息。

步骤S30，从各效用信息中确定出最优效用。

步骤S40，将所述最优效用对应的相邻卫星确定为下一跳卫星节点。

在一种可能的实现方式中，通过获取与卫星节点的所有相邻卫星的交互参数，计算每个相邻卫星对应的效用信息。效用信息指卫星节点与相邻卫星之间传输信息时所能获得的瞬时效益，包括卫星节点的吞吐量。对于每个卫星节点，可以将相邻卫星中效用最大的相邻卫星作为该卫星节点的下一跳的卫星节点。

在一种可能的实现方式中，获取各相邻卫星的交互参数，包括：周期性地获取各相邻卫星的交互参数。在不同的轨道卫星上分布式的设置不同的自治控制器，各卫星的自治控制器之间在传输信息之前，交互各自的控制信息。其中，自治控制器的IP地址可以作为卫星的身份标识。不同的自治控制器之间，周期性的交互控制信息，建立控制信息传输通道；周期性的交互效用参数信息，更新不同卫星节点上的各节点的效用。所述周期根据需求设定，例如设定为20毫秒、30毫秒、40毫秒等。

对于卫星节点i，其路由信息的目标是使其在信息传输的过程中，取得效用最优。因此节点i的最优效用可以表示为maxU_i,j(t)。如果存在一个路由卫星节点j'，使得节点i的效用最大化，即满足U_i,j'(t)＝maxU_i,j(t)，则节点i选择路由卫星节点j'作为卫星节点i下一跳的路由卫星节点。可以理解的是，交互参数的获取是周期性的。卫星节点的效用信息的计算是需要进行确定动态路由的当前时刻。可以理解的是，当前时刻的交互参数，可以是当前时刻的当前周期的交互参数，也可以是当前时刻所在当前周期的上一周期的交互参数，只要交互参数是系统中最新的数据即可。

在本实施例中，通过计算各相邻卫星间的效用信息，确定出最优效用后，将最优效用对应的相邻卫星确定为下一跳卫星节点，建立动态路由。通过效用信息确立的动态路由，实现了卫星间信息传输的高效动态路由。

图2示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由方法的流程图，如图2所示，该方法中步骤S10包括：

步骤S11，获取上一时刻各相邻卫星的链路建立概率。

步骤S12，获取当前时刻各相邻卫星的传输功率和预留存储空间。

在一种可能的实现方式中，π_i,j(t-1)表示在(t-1)时刻，卫星节点i和卫星节点j之间成功建立星间链路的概率。q_i,j(t)表示在t时刻，卫星节点j预留给卫星i的存储空间，p_i,j(t)表示在t时刻，卫星节点i向卫星节点j在时刻t传输信息的传输功率。

图3示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由方法的流程图，如图3所示，该方法步骤S20中，根据相邻卫星的交互参数计算对应的效用信息，包括：

步骤S21，根据所述传输功率，计算所述相邻卫星在当前时刻的预期效用。

步骤S22，根据所述预留存储空间，计算所述相邻卫星在当前时刻的阻塞率。

步骤S23，根据所述链路建立概率、所述预期效用、所述阻塞率，已建立星间链路的相邻卫星的总个数、第一权值和第二权值，计算相邻卫星的效用信息，所述第一权值和第二权值大于0且小于1，且第一权值和第二权值之和为1。

在一种可能的实现方式中，所述相邻卫星在当前时刻的预期效用表示信息在t时刻成功传输所取得的效用。该效用利用卫星在时刻t传输信息的传输功率p_i,j(t)计算得出。

所述相邻卫星在当前时刻的阻塞率表示信息在时刻t从源卫星节点i传输到目的卫星节点j的平均阻塞率。该阻塞率取决于卫星节点j预留给卫星i的存储空间q_i,j(t)，以及与卫星节点j已建立有效星间链路的卫星节点数量N。

相邻卫星的效用信息的计算主要依据下列函数：

其中，α_i,j和β_i,j为权重参数值，表示的是成功传输效用和平均阻塞率在卫星节点选择过程中的权重，α_i,j和β_i,j二者满足下述限制条件，

0＜α_i,j＜1

0＜β_i,j＜1

α_i,j+β_i,j＝1。

在一种可能的实现方式中，获取上一时刻各相邻卫星的链路建立概率，包括：当上一个时刻与相邻卫星成功建立星间链路时，所述相邻卫星的链路建立概率为1；当上一个时刻与相邻卫星未成功建立星间链路时，所述相邻卫星的链路建立概率为0。

假设π_i,j(t-1)表示的是在(t-1)时刻，卫星节点i和卫星节点j之间成功建立星间链路的概率。如果π_i,j(t-1)＝1，表示卫星节点i和卫星节点j之间已成功建立星间链路，在t时刻可进行信息的可靠传输。如果π_i,j(t-1)＝0，表示卫星节点i和卫星节点j之间因卫星在不同的轨道上高速运动，而无法建立星间链路，在t时刻无法实现信息的可靠传输。π_i,j的具体取值由交互参数信息所得到。如果卫星节点i和卫星节点j之间成功交互效用参数信息，则π_i,j(t-1)＝1，反之，π_i,j(t-1)＝0。

图4示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由装置的框图，如图4所示，该装置包括：

交互参数获取模块41，用于获取各相邻卫星的交互参数；

效用信息计算模块42，用于对于每个相邻卫星，根据相邻卫星的交互参数计算对应的效用信息；

最优效用确定模块43，用于从各效用信息中确定出最优效用；

下一跳节点确定模块44，用于将所述最优效用对应的相邻卫星确定为下一跳卫星节点。

图5示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由装置的框图，如图5所示，在一种可能的实现方式中，所述交互参数获取模块41，包括：

周期获取子模块411，用于周期性地获取各相邻卫星的交互参数。

在一种可能的实现方式中，所述交互参数获取模块41，包括：

上一时刻参数获取子模块412，用于获取上一时刻各相邻卫星的链路建立概率；

当前时刻参数获取子模块413，用于获取当前时刻各相邻卫星的传输功率和预留存储空间。

在一种可能的实现方式中，所述效用信息计算模块42，包括：

预期效用计算子模块421，用于根据所述传输功率，计算所述相邻卫星在当前时刻的预期效用；

阻塞率计算子模块422，用于根据所述预留存储空间，计算所述相邻卫星在当前时刻的阻塞率；

效用信息计算子模块423，用于根据所述链路建立概率、所述预期效用、所述阻塞率，已建立星间链路的相邻卫星的总个数、第一权值和第二权值，计算相邻卫星的效用信息，所述第一权值和第二权值大于0且小于1，且第一权值和第二权值之和为1。

在一种可能的实现方式中，所述上一时刻参数获取子模块412，包括：

图6示出根据本公开一实施例的轨道间卫星通信路由示意图，如图6所示，本实施例中的方法，可以应用于高轨道卫星与低轨道卫星之间的路由选择，高轨道卫星与高轨道卫星之间的路由选择，以及低轨道卫星与低轨道卫星之间的路由选择。在周期性的获取交互信息时，低轨道卫星的交互信息的获取周期，比高轨道卫星的交互信息的获取周期更快。

在本实施例中，在不改变现有卫星通信系统结构的前提下，将轨道间卫星通信路由协议应用到卫星通信系统中，实现兼容现有网络的高效可靠路由。卫星节点能够根据现有资源，自治控制信息发送功率，来实现路由节点的选择。为了提高节点选择的正确性，节点在计算路由效用时，综合参考不同节点的平均拥塞率，在保证建立星间链路的同时，实现了星间信息的可靠传输。

图7是根据一示例性实施例示出的一种用于轨道间卫星通信路由1900的框图。例如，装置1900可以被提供为一服务器。参照图7，装置1900包括处理组件1922，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述方法。

装置1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行装置1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将装置1900连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口1958。装置1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如Windows ServerTM，MacOS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM或类似。

在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器1932，上述计算机程序指令可由装置1900的处理组件1922执行以完成上述方法。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims

1.一种轨道间卫星通信路由方法，其特征在于，所述方法包括：

获取各相邻卫星的交互参数；

从各效用信息中确定出最优效用；

将所述最优效用对应的相邻卫星确定为下一跳卫星节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取各相邻卫星的交互参数，包括：

周期性地获取各相邻卫星的交互参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取各相邻卫星的交互参数，包括：

获取上一时刻各相邻卫星的链路建立概率；

获取当前时刻各相邻卫星的传输功率和预留存储空间。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据相邻卫星的交互参数计算对应的效用信息，包括：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，获取上一时刻各相邻卫星的链路建立概率，包括：

6.一种轨道间卫星通信路由装置，其特征在于，包括：

交互参数获取模块，用于获取各相邻卫星的交互参数；

最优效用确定模块，用于从各效用信息中确定出最优效用；

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述交互参数获取模块，包括：

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述交互参数获取模块，包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述效用信息计算模块，包括：

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述上一时刻参数获取子模块，包括：

11.一种轨道间卫星通信路由装置，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为：执行权利要求1至5中任意一项所述方法的步骤。

12.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至5中任意一项所述的方法。