CN108282218B - 一种卫星通信网络组网规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种卫星通信网络组网规划方法，包括如下步骤：(10)卫星资源形式化建模：对所有卫星资源进行形式化建模，作为卫星通信网络规划的卫星资源基础数据；(20)组网需求形式化建模：确定卫星通信网组网对象，对卫星通信网组网需求进行形式化建模，作为卫星通信网络规划中的通信网基础数据；(30)组网规划：解析卫星通信网组网需求，根据卫星通信网组网需求分配卫星资源，生成卫星通信网络组网规划数据。本发明的卫星通信网络组网规划方法，通过卫星资源形式化和组网需求形式化建模，提高卫星通信网组网规划的通用性和规划效率，降低卫星网组网规划的复杂度。

Description

一种卫星通信网络组网规划方法
技术领域
本发明属于卫星网络技术领域，特别是一种通用性好、效率高、复杂度低的卫星通信网络组网规划方法。
背景技术
卫星通信是地球站之间或航天器与地球站之间利用通信卫星转发器的无线电通信，主要包括卫星固定通信、卫星移动通信、卫星直接广播和卫星中继通信四大领域。前三者是地球站之间利用通信卫星转发器进行的无线电通信，后者是航天器与地球站之间利用通信卫星转发器进行的无线电通信。卫星通信是现代通信技术的重要成果，也是航天技术应用的重要领域。它具有覆盖面大、频带宽、容量大、适用于多种业务、性能稳定可靠、机动灵活、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等优点。卫星通信对一个国家的政治、经济和国防建设具有重要的意义，是世界各国必争的一种宝贵资源。合理、有效地使用并管理卫星通信网络，其意义重大。
现有的卫星网络管理系统缺乏通用、高效的卫星通信网组网规划方法，当前组网规划都是人工分析通信网络组网需求和地球站终端情况，人工分配卫星资源，使得卫星通信网络组网规划复杂，效率低。宽带多媒体通信卫星系统网络管理子系统是我国新一代网管系统的重要子系统，但该系统也缺乏组网规划方法。论文“卫星通信网络管理系统信息收集技术及网管协议兼容性的研究与实现”(东北大学硕士学位论文，2006年1月)讨论了卫星通信网的管理技术，但并没有网络组网规划方法。论文“面向集成的卫星综合业务平台管理系统实现”(复旦大学学位论文，2006年9月)中提到卫星网管系统NCS，但没有设计网络规划方法。
综上所述，现有技术存在的问题是：卫星通信网组网采用人工分析计算完成，缺少一种通用、高效卫星通信网组网规划方法，导致卫星通信网组网困难、复杂度高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卫星通信网络组网规划方法，通过卫星资源形式化和组网需求形式化建模，提高卫星通信网组网规划的通用性和规划效率，降低卫星网组网规划的复杂度。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种卫星通信网络组网规划方法，包括如下步骤：
(10)卫星资源形式化建模：对所有卫星资源进行形式化建模，作为卫星通信网络规划的卫星资源基础数据；
(20)组网需求形式化建模：确定卫星通信网组网对象，对卫星通信网组网需求进行形式化建模，作为卫星通信网络规划中的通信网基础数据；
(30)组网规划：解析卫星通信网组网需求，根据卫星通信网组网需求分配卫星资源，生成卫星通信网络组网规划数据。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、本发明的通过形式化建模降低了卫星网络对象的一体化管理；
2、通过通信网需求形式化建模实现卫星资源与通信网组网的自动关联分析；
3、通过形式化建模提高了卫星通信网组网规划的通用性和规划效率，降低了卫星通信网组网规划的复杂度。
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明卫星通信网络组网规划方法的主流程图。
图2是图1中卫星资源形式化建模步骤的流程图。
图3是卫星资源树形对象模型图。
图4是图1中组网需求形式化建模步骤的流程图。
图5是通信网资源树形对象模型图。
图6是图1中组网规划步骤的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明卫星通信网络组网规划方法，包括如下步骤：
(10)卫星资源形式化建模：对所有卫星资源进行形式化建模，作为卫星通信网络规划的卫星资源基础数据；
如图2所示，所述(10)卫星资源形式化建模步骤包括：
(11)卫星资源形式化：将卫星资源形式化为四元组SRM＝(Sat,Anti,Beam,Trans)，其中，Sat为卫星编号，Anti为天线编号，Beam为波束编号，Tran为转发器编号；
卫星资源树形对象模型如图3所示，卫星资源树形对象模型定义为卫星—>天线—>波束—>转发器—>频段，通过树形对象模型通信卫星的资源一体化管理。
(12)卫星对象形式化：将卫星对象形式化为五元组
Sat＝{si<id,type,long,lat,h>|i＝1,…,n}，
其中，si.id为卫星标识，si.type为卫星类型，si.long为轨道经度，si.lat为轨道纬度，si.h为轨道高度；
(13)天线对象形式化：将天线对象形式化为三元组
Anti＝{ai<sid,id,type>|i＝1,…,n}，
其中，ai.sid为天线所属的卫星标识，ai.id为天线标识，ai.type为天线类型；
(14)波束对象形式化：将波束对象Beam形式化为六元组
Beam＝{ai<sid,aid,id,type,ftype,ang>/i＝1,…,n}，
其中，ai.sid为卫星标识，ai.aid为天线标识，ai.id为波束标识，ai.type为波束类型，ai.ftype为波束的频段类型，ai.ang为波束夹角；
(15)转发器对象形式化：转发器对象Tran形式化为八元组
Tran＝{ti<sid,aid,bid,id,type,ftype,frece,band>|i＝1,…,n}，
其中，ti.sid为卫星标识，ti.aid为天线标识，ti.bid为波束标识，ti.id为转发器标识，ti.type为转发器类型，ti.ftype为转发器的频段类型，ti.band为转发器的带宽。
一个通信卫星提供的有效载荷资源可以由以下五元组标识SP＝(Beams，Cu，Cd，R，Trans)，其中，Beams为波束集合，用波束中心点p及其活动范围来表示；Cu为上行通道，Cd为下行通道，每个通道可用中心频点为f、带宽c和所属波束b来描述；转发器集合Trans为下行通道集合Cd的一个划分；铰链关系R为集合Cu到集合Cd的映射，即R∈Cu×Cd。
在卫星有效载荷的运行过程中，任一转发器t支持的所有通道C的信号总功率不能超过其额定功率P，即：
Σpc≤Pt
s.t.c∈t
(20)组网需求形式化建模：确定卫星通信网组网对象，对卫星通信网组网需求进行形式化建模，作为卫星通信网络规划中的通信网基础数据；
如图4所示，所述(20)卫星通信网组网需求形式化建模步骤包括：
(21)组网信息确定：包括确定卫星通信网组网终端对象，选择所有需要组网的地球站终端，生成终端集Sta；根据地球站终端的地理位置和活动范围，生成组网的区域信息L，L为圆型区域或凸多边形区域。
(22)资源需求形式化：将通信网资源需求形式化为组网需求六元组UR＝{Sta,L,Tr,ST,ET,Pr,R}，
其中，Sta为地球站终端集合，L为组网区域信息，Tr业务描述，ST为建网时间，ET为撤网时间，Pr为业务优先级，R为资源需求。
通信网资源树形对象模型图如图5所示。通信网树形对象模型定义为网系—>网控系统—>通信子网—>虚拟子网—>地球站—>信道终端，通过树形对象建模实现对通信网的一体化管理。通过对通信网、地球站和地球站设备的树形对象建模，实现卫星通信网络和地球站站控设备的一体化管理。
(30)组网规划：解析卫星通信网组网需求，根据卫星通信网组网需求分配卫星资源，生成卫星通信网络组网规划数据。
如图6所示，所述(30)卫星通信网组网规划步骤包括：
(31)解析组网需求模型：解析卫星通信网组网需求模型{Sta,L,Tr,ST,ET,Pr,R}，根据模型中区域信息L选择卫星波束，根据资源需求R、建网时间ST和撤网时间ET,规划卫星转发器和频率资源；
32)生成卫星通信网规划数据：根据卫星波束、卫星转发器和频率资源，生成八元组表示的卫星通信网资源规划数据和二元组表示的卫星通信网终端数据，卫星通信网资源规划数据NR＝{Sat,Beam,Tran,FB,FE,TB,TE,Net}，Sat为卫星编号，通过卫星编号与卫星对象建立关联，Beam为波束编号，通过波束编号与波束对象建立关联，Tran为转发器编号，通过转发器编号与转发器对象建立管理。FB为是频率起始点；FE为频率结束点；TB为资源开始使用时间；TE为资源结束使用时间；Net为网络编号，通过网络编号与网络对象关联，网络对象的属性为{neti<tid,nid,sid>/i＝0,…,n}，neti.tid为网络类型标识，neti.nid为网络标识，neti.sid为虚拟子网要求。卫星通信网终端数据NS＝{Net,Sta}。

Claims (3)

1.一种卫星通信网络组网规划方法，包括如下步骤：
(10)卫星资源形式化建模：对所有卫星资源进行形式化建模，作为卫星通信网络规划的卫星资源基础数据；
(20)组网需求形式化建模：确定卫星通信网组网对象，对卫星通信网组网需求进行形式化建模，作为卫星通信网络规划中的通信网基础数据；
(30)组网规划：解析卫星通信网组网需求，根据卫星通信网组网需求分配卫星资源，生成卫星通信网络组网规划数据；
其特征在于，所述(10)卫星资源形式化建模步骤包括：
(11)卫星资源形式化：将卫星资源形式化为四元组SRM＝(Sat,Anti,Beam,Tran)，其中，Sat为卫星编号，Anti为天线编号，Beam为波束编号，Tran为转发器编号；
(12)卫星对象形式化：将卫星对象形式化为五元组
Sat＝{si<id,type,long,lat,h>|i＝1,…,n}，
其中，si.id为卫星标识，si.type为卫星类型，si.long为轨道经度，si.lat为轨道纬度，si.h为轨道高度；
(13)天线对象形式化：将天线对象形式化为三元组
Anti＝{ai<sid,id,type>|i＝1,…,n}，
其中，ai.sid为天线所属的卫星标识，ai.id为天线标识，ai.type为天线类型；
(14)波束对象形式化：将波束对象形式化为六元组
Beam＝{ai<sid,aid,id,type,ftype,ang>/i＝1,…,n}，
其中，ai.sid为卫星标识，ai.aid为天线标识，ai.id为波束标识，ai.type为波束类型，ai.ftype为波束的频段类型，ai.ang为波束夹角；
(15)转发器对象形式化：转发器对象形式化为八元组
Tran＝{ti<sid,aid,bid,id,type,ftype,frece,band>|i＝1,…,n}，
其中，ti.sid为卫星标识，ti.aid为天线标识，ti.bid为波束标识，ti.id为转发器标识，ti.type为转发器类型，ti.ftype为转发器的频段类型，ti.band为转发器的带宽。
2.根据权利要求1所述的卫星通信网络组网规划方法，其特征在于，所述(20)组网需求形式化建模步骤包括：
(21)组网信息确定：包括确定卫星通信网组网终端对象，选择所有需要组网的地球站终端，生成终端集Sta；根据地球站终端的地理位置和活动范围，生成组网的区域信息L，L为圆型区域或凸多边形区域；
(22)资源需求形式化：将通信网资源需求形式化为组网需求六元组UR＝{Sta,L,Tr,ST,ET,Pr,R}，
其中，Sta为地球站终端集合，L为组网区域信息，Tr业务描述，ST为建网时间，ET为撤网时间，Pr为业务优先级，R为资源需求。
3.根据权利要求1所述的卫星通信网络组网规划方法，其特征在于，所述(30)组网规划步骤包括：
(31)解析组网需求模型：解析卫星通信网组网需求模型{Sta,L,Tr,ST,ET,Pr,R}，根据模型中区域信息L选择卫星波束，根据资源需求R、建网时间ST和撤网时间ET,规划卫星转发器和频率资源；
(32)生成卫星通信网规划数据：根据卫星波束、卫星转发器和频率资源，生成八元组表示的卫星通信网资源规划数据和二元组表示的卫星通信网终端数据，卫星通信网资源规划数据NR＝{Sat,Beam,Tran,FB,FE,TB,TE,Net}，卫星通信网终端数据NS＝{Net,Sta}；
FB为是频率起始点，FE为频率结束点，TB为资源开始使用时间，TE为资源结束使用时间，Net为网络编号，Sta为地球站终端集合。
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