CN112235035B - 一种基于分布式星群的空间信息网络组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于分布式星群的空间信息网络组网方法，属于卫星通信领域。本发明包括以下步骤：确定基于分布式星群的空间信息网络的基本组成，基于分布式星群的空间信息网络包括分布式星群、地球同步轨道通信卫星、中/低轨卫星星座、临近空间飞行平台、飞行器构成、卫星地面站等各类型平台，以及各类型平台所携带的通信节点；设计多分布式星群的天基骨干网网络构型；设计星地、星间自适应传输体制；设计星地、星间路由组网协议；设计分布式星群任务调度方案。本发明将分布式星群引入空间信息网络的设计中，有效的提高了网络的轨位利用率、鲁棒性和功能模块的灵活性，能够我国空间通信网络建设提供技术支撑和理论基础。

Description

一种基于分布式星群的空间信息网络组网方法
技术领域
本发明属于卫星通信领域，尤其涉及一种空间信息网络的组网方法。
背景技术
分布式星群通过在同一空间轨道位置上，布设多颗异构任务卫星，实现分布式载荷联合协作的功能，具有轨位利用率高、合成波束覆盖范围大、支持柔性重构、在轨自愈、分布式联合计算等优点，能够克服我国空间信息网络建设过程中面临的空间同步轨道轨位资源匮乏、单星研制周期长、技术复杂度高、能力受限等问题。因此，着眼未来空间信息系统网络化服务需求，如何设计构建基于分布式星群的空间信息网络成为了亟待解决的关键问题。
目前，分布式星群网络的研究主要围绕路由方法、接入策略、资源管理方法等技术问题展开，且多数针对星群内部网络进行研究，涉及星群间组网和基于分布式星群的空间信息网络的较少，目前尚无有关基于分布式星群的空间信息网络组网方法的研究。
论文《基于分布式星群的空间信息网络体系架构与关键技术》(中兴通讯技术，2016)中，介绍了一种基于分布式星群的空间信息网络体系架构，并对多星共轨、星间高速互联、分布式自主协同、资源虚拟化等关键技术进行了说明，但是没有涉及基于分布式星群的空间信息网络的组网方法，且在网络组成上未考虑中/低轨道通信卫星星座。
发明内容
本发明针对我国空间信息网络建设中面临的空间频轨资源紧张和同步轨道大卫星平台受限等瓶颈性问题，提出一种基于分布式星群的空间信息网络组网方法，其具体步骤为：
S1，确定基于分布式星群的空间信息网络的基本组成；
S2，设计多分布式星群天基骨干网网络构型；
S3，设计星地、星间自适应传输体制；
S4，设计星地、星间路由组网协议；
S5，设计分布式星群任务调度方案。
所述的步骤S1，具体包括：
基于分布式星群的空间信息网络包括分布式星群、地球同步轨道通信卫星、中/低轨卫星星座、临近空间飞行平台、飞行器、卫星地面站等各类型平台，以及各类型平台所携带的通信节点；
所述的分布式星群及地球同步轨道通信卫星构成多分布式星群天基骨干网，共同承担远距离数据中继和业务节点接入的功能，其中每个分布式星群均由多颗功能异构的卫星组成，每个分布式星群占用地球同步轨道上的一个空间轨位；
所述的中/低轨卫星星座，用于提供宽带或窄带移动通信服务并实现全球覆盖，具有中近距离中继功能，能够作为天基骨干网的数据传输中继；
所述的临近空间飞行平台，用于向非地面网络覆盖区域提供通信接入服务，并与中/低轨卫星星座和天基骨干网进行通信；
所述的飞行器，作为通信终端，通过中/低轨卫星星座、分布式星群或地球同步轨道通信卫星接入空间信息网络；
所述的卫星地面站，分为固定式和机动式两类，用于实现天基网络和地基网络的信息互联，属于骨干通信节点；
所述的各类型平台所携带的通信节点之间，通过各自的通信链路相互连接，星地上下行链路采用微波链路进行通信，邻近空间平台、飞行器、卫星地面机动站采用微波链路进行通信。
所述的步骤S2，具体包括：
分布式星群由多颗卫星节点构成，群内卫星节点数量为3至5个，群内卫星节点间通过高速激光链路进行通信，星群之间以及星群和空间同步轨道通信卫星之间通过激光链路或微波链路进行通信，各分布式星群和空间同步轨道通信卫星共同构成包含多分布式星群的天基骨干网；
对于天基骨干网网络构型设计，以具有社区特性和弱关系特性为原则，星群内部激光通信网络根据卫星之间激光链路的可见性，采用网状方式互联，星群之间选择部分通信链路质量高、可见时间长和空闲卫星天线资源多的通信链路进行互联，并通过网络的度的均方根、自然连通度、网络效率、网络代价度量指标对网络构型进行评估，根据评估结果择优选择1至2条星群之间的通信链路。对于星群与其他同步轨道通信卫星的互联通信，根据通信卫星的通信资源条件，根据网络构型评估结果择优构建1至2条星群通信卫星链路。
对于网络构型评估，网络的度的均方根计算方法为：
Figure GDA0002950751420000031
其中，N为网络中节点的总数量，i表示第i个节点，di表示网络中第i个节点的度，<k>为所有节点的度的平均值；
自然连通度的计算方法为：
Figure GDA0002950751420000032
其中，λi为网络邻接矩阵的第i个特征根；
网络效率的计算方法为：
Figure GDA0002950751420000041
其中，wij为网络中节点i和节点j之间的路径长度，最短路径长度为信息从节点i通过网络传输至节点j的所有可能路径中，总长度最短的路径长度，若节点i和节点j之间不连通，则wij＝+∞；
网络代价的计算方法为：
Figure GDA0002950751420000042
其中，di表示第i个节点的度；
网络构型的评价指标表示为：
Figure GDA0002950751420000043
其中，下标max表示各项指标的最大值，ωσ、ωλ、ωε和ωcst分别为空间信息网络的度的均方根、自然连通度、网络效率、网络代价四个参数的权重，四个参数的权重取值根据具体网络需求进行设定，默认值为1；对于每种网络构型，计算相应的网络构型评价指标，网络构型评价指标的取值越小，对应的网络构型设计越优。
所述的步骤S3，具体包括：
对于星地、星间自适应传输体制设计，以具有自适应调节能力为原则，分别针对激光和微波链路特性，在通信链路受到卫星自身性能限制、卫星平台特性影响、星间/星地链路条件影响、空间环境影响、同频/临频干扰时，星地、星间自适应传输体制根据具体链路条件调节发射功率、传输速率、通信体制等参数，保证链路传输质量满足星地、群间传输需求。
在基于分布式星群的空间信息网络中，不同业务类型对应的传输质量需求不同，在接收端对信号的星地、星间自适应传输误码率进行监测，当误码率趋近当前业务的传输质量门限值时，依次按照调节星地、星间自适应传输发射功率、调节传输速率、调节通信体制的顺序，对星地、星间自适应传输通信链路参数进行调节，使星地、星间自适应信息传输质量维持在业务需求门限范围内。
对于星地和星间激光通信链路，通信链路的接收功率表示为：Pr＝Pt·L，其中，Pr为接收功率，Pt为发射功率，L为链路引入损耗，链路引入损耗包括收发光路损耗、空间传播损耗、星地链路中大气湍流吸收引入损耗、APT(瞄准捕获跟踪)失配损耗；通信链路接收端的信噪比为：SNR＝Pr/No，其中，No为噪声功率，噪声功率包括接收噪声、热噪声、散弹噪声、拍频噪声、ASE噪声(放大器自发辐射噪声)；
对于星地链路，当大气传输条件恶劣时，逐步提高发射终端功率并降低通信速率，以减小通信误码率，若星地链路仍然不能满足质量需求，则将高速相干通信体制改变为非相干强度检测体制，实现提高信噪比以减小通信误码率的目的，从而保证通信质量；
对于星间链路，当接收信号的误码率难满足通信需求时，通过提高发射功率，降低通信速度等方式提高信噪比，确保通信质量。
所述的步骤S4，具体包括：
星地、星间路由组网协议设计以保证数据可靠传输和用户服务质量为原则，基于分布式星群拓扑结构时变特性进行路由规划，支持在轨路由组网协议重构、支持与中/低轨卫星星座统一编址标识、支持按业务需求选择路由策略、支持星群重构条件下的快速响应。
所述的步骤S5，具体包括：
对于分布式星群任务调度方案设计，以支持多维资源相互耦合、多业务共存，适应服务空间不连续、间隔动态变化和可用资源动态变化为原则，实现分布式星群资源在时域、频域和空域的优化调度共享，满足空间各类型业务对处理传输时延和带宽的要求；分布式星群任务调度的数学模型为：
Figure GDA0002950751420000061
Figure GDA0002950751420000062
其中，k表示第k类业务，i表示第k类业务的第i个具体业务，j表示第j个星群，Nst为业务类型数量，
Figure GDA0002950751420000063
为第k类业务的数量，Nc为星群数量，tk为第k类业务中时域资源占用最长的业务的时间长度，Tk为第k类业务总时域长度，
Figure GDA0002950751420000064
为第k类业务的第i个业务在第j个星群内占用的时间资源；
Figure GDA0002950751420000065
为第j个星群的可用时间资源，fk为第k类业务中频域资源占用最多的业务的频域范围，Fk为第k类业务总频域范围，
Figure GDA0002950751420000066
为第k类业务的第i个业务在第j个星群内占用的频率资源，
Figure GDA0002950751420000067
为第j个星群的可用频率资源，sk为第k类业务中涉及星群最多的业务的占用星群数量，
Figure GDA0002950751420000071
为第k类业务总占用星群数，
Figure GDA0002950751420000072
为第k类业务的第i个业务占用的星群数。分配给各类业务的时间、频率和星群资源均应满足各类业务的带宽和时延需求。根据任务调度的数学模型，计算获得各类任务中的时域资源占用最长的业务的时间长度、频域资源占用最多的业务的频域范围、总频域范围、涉及星群最多的业务的占用星群数量、各类业务总占用星群数参数，从而完成任务调度。
本发明具有如下优点：
1、通过引入分布式星群，将多个分布式星群卫星节点布置于同一个同步轨道上，通过分布式载荷联合协作技术，在单一轨位上实现不同的功能，克服传统大卫星平台单星研制周期长、技术复杂度高、能力受限等问题，提升轨位利用效率；
2、分布式星群具有在轨自愈、智能重构的特点，当星群中的卫星或星载功能模块发生故障时，可以自主剔除故障设备，通过智能重构的手段重新规划网络拓扑、分配功能模块，实现在轨自愈，从而增强空间信息网络中天基骨干网的鲁棒性；
3、分布式星群中的卫星节点及其搭载的功能模块采用统一的接口和协议标准，支持节点的随入随用和功能的灵活组合，可以按照空间任务需求在轨调整分布式星群卫星节点的构成，提高空间信息网络所承载功能的灵活度。
附图说明
图1为本发明的基于分布式星群的空间信息网络组方法示意图；
图2为本发明的基于分布式星群的空间信息网络；
图3为本发明的多分布式星群的天基骨干网网络构型示意图。
具体实施方式
下面给出3个实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种基于分布式星群的空间信息网络组网方法
一种基于分布式星群的空间信息网络组网方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1，确定基于分布式星群的空间信息网络的基本组成；分布式星群是指布设在同一空间轨道位置上的多颗异构任务卫星，采用星间链路互联实现星间同步和大容量数据传输，通过分布式载荷联合协作，共同实现广域覆盖、大容量信息交换、灵活组网通信、空间信息服务等功能，并能在轨自主实现拓扑和功能重构、在发生故障时能快速自愈的卫星群体集合；分布式星群能够提供一种自组织、可重构、鲁棒性强的空间网络化信息基础平台，搭载各类天基信息获取、应用载荷的任务卫星可按需以即插即用的方式接入星群实现空间信息处理、传输和交换等功能。
基于分布式星群的空间信息网络包括分布式星群、地球同步轨道通信卫星、中/低轨卫星星座、临近空间飞行平台、飞行器、卫星地面站等各类型平台，以及各类型平台所携带的通信节点；
所述的分布式星群及地球同步轨道通信卫星构成多分布式星群天基骨干网，共同承担远距离数据中继和业务节点接入的功能，其中每个分布式星群均由多颗功能异构的卫星组成，每个分布式星群占用地球同步轨道上的一个空间轨位；
所述的中/低轨卫星星座，用于提供宽带或窄带移动通信服务并实现全球覆盖，具有中近距离中继功能，能够作为天基骨干网的数据传输中继；
所述的临近空间飞行平台，用于向非地面网络覆盖区域提供通信接入服务，并与中/低轨卫星星座和天基骨干网进行通信；
所述的飞行器，作为通信终端，通过中/低轨卫星星座、分布式星群或地球同步轨道通信卫星接入空间信息网络；
所述的卫星地面站，分为固定式和机动式两类，用于实现天基网络和地基网络的信息互联，属于骨干通信节点；
所述的各类型平台所携带的通信节点之间，通过各自的通信链路相互连接，星地上下行链路采用微波链路进行通信，邻近空间平台、飞行器、卫星地面机动站采用微波链路进行通信。
S2，设计多分布式星群天基骨干网网络构型；
分布式星群由多颗卫星节点构成，群内卫星节点数量为3至5个，群内卫星节点间通过高速激光链路进行通信，星群之间以及星群和空间同步轨道通信卫星之间通过激光链路或微波链路进行通信，各分布式星群和空间同步轨道通信卫星共同构成包含多分布式星群的天基骨干网；
对于天基骨干网网络构型设计，以具有社区特性和弱关系特性为原则，星群内部激光通信网络根据卫星之间激光链路的可见性，采用网状方式互联，星群之间选择部分通信链路质量高、可见时间长和空闲卫星天线资源多的通信链路进行互联，并通过网络的度的均方根、自然连通度、网络效率、网络代价度量指标对网络构型进行评估，根据评估结果择优选择1至2条星群之间的通信链路。对于星群与其他同步轨道通信卫星的互联通信，根据通信卫星的通信资源条件，根据网络构型评估结果择优构建1至2条星群-通信卫星链路。激光链路的可见性是指激光通信链路的收发两端无遮挡，且收发两端均在对方的天线波束范围内。
网络的度的均方根计算方法为：
Figure GDA0002950751420000091
其中，N为网络中节点的总数量，i表示第i个节点，di表示网络中第i个节点的度，<k>为所有节点的度的平均值；
自然连通度的计算方法为：
Figure GDA0002950751420000101
其中，λi为网络邻接矩阵的第i个特征根；
网络效率的计算方法为：
Figure GDA0002950751420000102
其中，wij为网络中节点i和节点j之间的路径长度，最短路径长度为信息从节点i通过网络传输至节点j的所有可能路径中，总长度最短的路径长度，若节点i和节点j之间不连通，则wij＝+∞；
网络代价的计算方法为：
Figure GDA0002950751420000103
其中，di表示第i个节点的度；
网络构型的评价指标表示为：
Figure GDA0002950751420000104
其中，下标max表示各项指标的最大值，ωσ、ωλ、ωε和ωcst分别为空间信息网络的度的均方根、自然连通度、网络效率、网络代价四个参数的权重，四个参数的权重取值根据具体网络需求进行设定，默认值为1；对于每种网络构型，计算相应的网络构型评价指标，网络构型评价指标的取值越小，对应的网络构型设计越优。
S3，设计星地、星间自适应传输体制；对于星地、星间自适应传输体制设计，以具有自适应调节能力为原则，分别针对激光和微波链路特性，在通信链路受到卫星自身性能限制、卫星平台特性影响、星间/星地链路条件影响、空间环境影响、同频/临频干扰时，星地、星间自适应传输体制根据具体链路条件调节发射功率、传输速率、通信体制等参数，保证链路传输质量满足星地、群间传输需求。
在基于分布式星群的空间信息网络中，不同业务类型对应的传输质量需求不同，在接收端对信号的星地、星间自适应传输误码率进行监测，当误码率趋近当前业务的传输质量门限值时，依次按照调节星地、星间自适应传输发射功率、调节传输速率、调节通信体制的顺序，对星地、星间自适应传输通信链路参数进行调节，使星地、星间自适应信息传输质量维持在业务需求门限范围内。
对于星地和星间激光通信链路，通信链路的接收功率表示为：Pr＝Pt·L，其中，Pr为接收功率，Pt为发射功率，L为链路引入损耗，链路引入损耗包括收发光路损耗、空间传播损耗、星地链路中大气湍流吸收引入损耗、APT(瞄准捕获跟踪)失配损耗；通信链路接收端的信噪比为：SNR＝Pr/No，其中，No为噪声功率，噪声功率包括接收噪声、热噪声、散弹噪声、拍频噪声、ASE噪声；
对于星地链路，当大气传输条件恶劣时，湍流和吸收效应导致链路引入的损耗增加，接收到的信号功率降低，从而造成信噪比降低，逐步提高发射终端功率并降低通信速率，以减小通信误码率，若星地链路仍然不能满足质量需求，则将高速相干通信体制改变为非相干强度检测体制，实现提高信噪比以减小通信误码率的目的，从而保证通信质量；对于星间链路，当空间辐射导致通信终端性能恶化时，收发终端的光路损耗增大、接收端的光电探测器灵敏度降低、接收端光放大器噪声增加，造成接收信号功率降低，噪声增大，信噪比减小，当接收信号的误码率难满足通信需求时，通过提高发射功率，降低通信速度等方式提高信噪比，确保通信质量。
S4，设计星地、星间路由组网协议；星地、星间路由组网协议设计以保证数据可靠传输和用户服务质量为原则，基于分布式星群拓扑结构时变特性进行路由规划，支持在轨路由组网协议重构、支持与中/低轨卫星星座统一编址标识、支持按业务需求选择路由策略、支持星群重构条件下的快速响应。
S5，设计分布式星群任务调度方案；对于分布式星群任务调度方案设计，以支持多维资源相互耦合、多业务共存，适应服务空间不连续、间隔动态变化和可用资源动态变化为原则，实现分布式星群资源在时域、频域和空域的优化调度共享，满足空间各类型业务对处理传输时延和带宽的要求；分布式星群任务调度的数学模型为：
Figure GDA0002950751420000121
Figure GDA0002950751420000122
其中，k表示第k类业务，i表示第k类业务的第i个具体业务，j表示第j个星群，Nst为业务类型数量，
Figure GDA0002950751420000123
为第k类业务的数量，Nc为星群数量，tk为第k类业务中时域资源占用最长的业务的时间长度，Tk为第k类业务总时域长度，
Figure GDA0002950751420000131
为第k类业务的第i个业务在第j个星群内占用的时间资源；
Figure GDA0002950751420000132
为第j个星群的可用时间资源，fk为第k类业务中频域资源占用最多的业务的频域范围，Fk为第k类业务总频域范围，
Figure GDA0002950751420000133
为第k类业务的第i个业务在第j个星群内占用的频率资源，
Figure GDA0002950751420000134
为第j个星群的可用频率资源，sk为第k类业务中涉及星群最多的业务的占用星群数量，
Figure GDA0002950751420000135
为第k类业务总占用星群数，
Figure GDA0002950751420000136
为第k类业务的第i个业务占用的星群数。分配给各类业务的时间、频率和星群资源均应满足各类业务的带宽和时延需求。根据任务调度的数学模型，计算获得各类任务中的时域资源占用最长的业务的时间长度、频域资源占用最多的业务的频域范围、总频域范围、涉及星群最多的业务的占用星群数量、各类业务总占用星群数参数，从而完成任务调度。
实施例2：基于分布式星群的空间信息网络体系架构
在地球同步轨道引入分布式星群，形成基于分布式星群的空间信息网络体系架构，如图2所示。
基于分布式星群的空间信息网络体系架构由分布式星群、地球同步轨道通信卫星、中/低轨卫星星座、临近空间飞行平台、飞行器构成、卫星地面站、卫星地面终端构成，包含多种通信节点；
所述的分布式星群及地球同步轨道通信卫星构成多分布式星群天基骨干网，共同承担远距离数据中继和业务节点接入的功能，其中每个分布式星群均由多颗功能异构的卫星组成，占用地球同步轨道上的一个空间轨位；
所述的中/低轨卫星星座，用于提供宽带或窄带移动通信服务，能够实现全球覆盖，具有中近距离中继功能，能够与天基骨干网进行数据的传输中继；
所述的临近空间飞行平台，用于向非地面网络覆盖区域提供接入服务，能够与中/低轨卫星星座和天基骨干网通信；
所述的飞行器作为终端通过中/低轨卫星星座、分布式星群或地球同步轨道通信卫星接入空间信息网络；
所述的卫星地面站，分为固定和机动两类，用于实现天基网络和地基网络的互联，属于骨干通信节点；
所述的卫星地面终端，用于实现地面固定或移动终端接入天基网络；
所述的各类型通信节点之间通过各自通信链路相互连接，其中分布式星群内部主要采用高速激光链路，星群之间以及星群和其他通信卫星之间通过激光和微波链路互联，星地上下行链路主要采用微波链路，邻近空间平台、飞行器、卫星地面机动站和卫星地面终端主要采用微波链路通信。
实施例3：多分布式星群的天基骨干网网络构型
图3所示为多分布式星群的天基骨干网网络构型示意图。
分布式星群内部由于节点距离较近、节点间数据传输需求量大、拓扑结构时变性强等因素，采用网状网的形式进行组网互通。
星群之间由于相隔距离较远、数据交互需求相对较低、卫星通信资源有限等因素，采用择优选取1至2条链路进行连接的方式实现星群间的互联；对于星群与其他同步轨道通信卫星的互联情况，根据通信卫星的通信资源条件，采用相同的选择标准择优构建1至2条星群-通信卫星链路。
群内网络和星间网络随着分布式星群群内卫星在轨运行位置的变化而改变，导致天基骨干网络的网络拓扑具有时变特性，当拓扑结构将要发生改变时，需要提前重新对拓扑结构进行设计，并根据网络构型指标进行评估。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请；对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化；凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (2)

1.一种基于分布式星群的空间信息网络组网方法，其特征在于：其具体步骤为：
S1，确定基于分布式星群的空间信息网络的基本组成；
S2，设计多分布式星群天基骨干网网络构型；
S3，设计星地、星间自适应传输体制；
S4，设计星地、星间路由组网协议；
S5，设计分布式星群任务调度方案；
所述的步骤S1，具体包括：
基于分布式星群的空间信息网络包括分布式星群、地球同步轨道通信卫星、中/低轨卫星星座、临近空间飞行平台、飞行器、卫星地面站各类型平台，以及各类型平台所携带的通信节点；
所述的分布式星群及地球同步轨道通信卫星构成多分布式星群天基骨干网，共同承担远距离数据中继和业务节点接入的功能，其中每个分布式星群均由多颗功能异构的卫星组成，每个分布式星群占用地球同步轨道上的一个空间轨位；
所述的中/低轨卫星星座，用于提供宽带或窄带移动通信服务并实现全球覆盖，具有中近距离中继功能，能够作为天基骨干网的数据传输中继；
所述的临近空间飞行平台，用于向非地面网络覆盖区域提供通信接入服务，并与中/低轨卫星星座和天基骨干网进行通信；
所述的飞行器，作为通信终端，通过中/低轨卫星星座、分布式星群或地球同步轨道通信卫星接入空间信息网络；
所述的卫星地面站，分为固定式和机动式两类，用于实现天基网络和地基网络的信息互联，属于骨干通信节点；
所述的各类型平台所携带的通信节点之间，通过各自的通信链路相互连接，星地上下行链路采用微波链路进行通信，邻近空间平台、飞行器、卫星地面机动站采用微波链路进行通信；
所述的步骤S2，具体包括：
分布式星群由多颗卫星节点构成，群内卫星节点数量为3至5个，群内卫星节点间通过高速激光链路进行通信，星群之间以及星群和空间同步轨道通信卫星之间通过激光链路或微波链路进行通信，各分布式星群和空间同步轨道通信卫星共同构成包含多分布式星群的天基骨干网；
对于天基骨干网网络构型设计，以具有社区特性和弱关系特性为原则，星群内部激光通信网络根据卫星之间激光链路的可见性，采用网状方式互联，星群之间选择部分通信链路质量高、可见时间长和空闲卫星天线资源多的通信链路进行互联，并通过网络的度的均方根、自然连通度、网络效率、网络代价度量指标对网络构型进行评估，根据评估结果择优选择1至2条星群之间的通信链路；对于星群与其他同步轨道通信卫星的互联通信，根据通信卫星的通信资源条件，根据网络构型评估结果择优构建1至2条星群通信卫星链路；
所述的网络构型评估，网络的度的均方根计算方法为：
Figure FDA0002950751410000021
其中，N为网络中节点的总数量，i表示第i个节点，di表示网络中第i个节点的度，<k>为所有节点的度的平均值；
自然连通度的计算方法为：
Figure FDA0002950751410000022
其中，λi为网络邻接矩阵的第i个特征根；
网络效率的计算方法为：
Figure FDA0002950751410000031
其中，wij为网络中节点i和节点j之间的路径长度，最短路径长度为信息从节点i通过网络传输至节点j的所有可能路径中，总长度最短的路径长度，若节点i和节点j之间不连通，则wij＝+∞；
网络代价的计算方法为：
Figure FDA0002950751410000032
其中，di表示第i个节点的度；
网络构型的评价指标表示为：
Figure FDA0002950751410000033
其中，下标max表示各项指标的最大值，ωσ、ωλ、ωε和ωcst分别为空间信息网络的度的均方根、自然连通度、网络效率、网络代价四个参数的权重，四个参数的权重取值根据具体网络需求进行设定，默认值为1；对于每种网络构型，计算相应的网络构型评价指标，网络构型评价指标的取值越小，对应的网络构型设计越优；
所述的步骤S3，具体包括：
对于星地、星间自适应传输体制设计，以具有自适应调节能力为原则，分别针对激光和微波链路特性，在通信链路受到卫星自身性能限制、卫星平台特性影响、星间/星地链路条件影响、空间环境影响、同频/临频干扰时，星地、星间自适应传输体制根据具体链路条件调节发射功率、传输速率、通信体制参数，保证链路传输质量满足星地、群间传输需求；
在基于分布式星群的空间信息网络中，不同业务类型对应的传输质量需求不同，在接收端对信号的星地、星间自适应传输误码率进行监测，当误码率趋近当前业务的传输质量门限值时，依次按照调节星地、星间自适应传输发射功率、调节传输速率、调节通信体制的顺序，对星地、星间自适应传输通信链路参数进行调节，使星地、星间自适应信息传输质量维持在业务需求门限范围内；
对于星地和星间激光通信链路，通信链路的接收功率表示为：Pr＝Pt·L，其中，Pr为接收功率，Pt为发射功率，L为链路引入损耗，链路引入损耗包括收发光路损耗、空间传播损耗、星地链路中大气湍流吸收引入损耗、APT失配损耗；通信链路接收端的信噪比为：SNR＝Pr/No，其中，No为噪声功率，噪声功率包括接收噪声、热噪声、散弹噪声、拍频噪声、ASE噪声；
对于星地链路，当大气传输条件恶劣时，逐步提高发射终端功率并降低通信速率，以减小通信误码率，若星地链路仍然不能满足质量需求，则将高速相干通信体制改变为非相干强度检测体制，实现提高信噪比以减小通信误码率的目的，从而保证通信质量；
对于星间链路，当接收信号的误码率难满足通信需求时，通过提高发射功率，降低通信速度方式提高信噪比，确保通信质量；
所述的步骤S4，具体包括：
星地、星间路由组网协议设计以保证数据可靠传输和用户服务质量为原则，基于分布式星群拓扑结构时变特性进行路由规划，支持在轨路由组网协议重构、支持与中/低轨卫星星座统一编址标识、支持按业务需求选择路由策略、支持星群重构条件下的快速响应。
2.基于权利要求1所述的基于分布式星群的空间信息网络组网方法，其特征在于，所述的步骤S5，具体包括：
对于分布式星群任务调度方案设计，以支持多维资源相互耦合、多业务共存，适应服务空间不连续、间隔动态变化和可用资源动态变化为原则，实现分布式星群资源在时域、频域和空域的优化调度共享，满足空间各类型业务对处理传输时延和带宽的要求；分布式星群任务调度的数学模型为：
Figure FDA0002950751410000051
Figure FDA0002950751410000052
其中，k表示第k类业务，i表示第k类业务的第i个具体业务，j表示第j个星群，Nst为业务类型数量，
Figure FDA0002950751410000053
为第k类业务的数量，Nc为星群数量，tk为第k类业务中时域资源占用最长的业务的时间长度，Tk为第k类业务总时域长度，
Figure FDA0002950751410000054
为第k类业务的第i个业务在第j个星群内占用的时间资源；
Figure FDA0002950751410000055
为第j个星群的可用时间资源，fk为第k类业务中频域资源占用最多的业务的频域范围，Fk为第k类业务总频域范围，
Figure FDA0002950751410000061
为第k类业务的第i个业务在第j个星群内占用的频率资源，
Figure FDA0002950751410000062
为第j个星群的可用频率资源，sk为第k类业务中涉及星群最多的业务的占用星群数量，
Figure FDA0002950751410000063
为第k类业务总占用星群数，
Figure FDA0002950751410000064
为第k类业务的第i个业务占用的星群数；分配给各类业务的时间、频率和星群资源均应满足各类业务的带宽和时延需求；根据任务调度的数学模型，计算获得各类任务中的时域资源占用最长的业务的时间长度、频域资源占用最多的业务的频域范围、总频域范围、涉及星群最多的业务的占用星群数量、各类业务总占用星群数参数，从而完成任务调度。
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