CN113258982A - 卫星信息传输方法、装置、设备、介质及产品 - Google Patents

卫星信息传输方法、装置、设备、介质及产品 Download PDF

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CN113258982A CN202110440186.2A CN202110440186A CN113258982A CN 113258982 A CN113258982 A CN 113258982A CN 202110440186 A CN202110440186 A CN 202110440186A CN 113258982 A CN113258982 A CN 113258982A
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Abstract

本发明实施例提供一种卫星信息传输方法、装置、设备、介质及产品，该方法包括：获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点；根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径；根据所述传输路径将所述目标信息从所述初始地面站节点传输至目标地面站节点。本发明实施例的卫星信息传输方法，由于初始地面站节点、目标地面站节点在结合预设的卫星网络路由算法时，可以更效率的确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径，从而提高了目标信息从所述初始地面站节点传输至目标地面站节点的效率。

Description

卫星信息传输方法、装置、设备、介质及产品
技术领域
本发明实施例涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星信息传输方法、装置、设备、介质及产品。
背景技术
卫星通信具有覆盖范围广、频段资源大的优点，能完成远距离传输且相对成本较低。卫星通信不受地面环境因素的限制，可以将地面站的建设无法覆盖到的地方连接起来进行通信，满足偏远地区用户的通信需求。在由于一些自然灾害或者突发情况导致地面通信系统忽然发生故障的情况下，卫星通信系统可以完成应急通信的要求。帮助抗灾抢险任务，保证信息的传输。如今，卫星通信系统在防灾、商业、航海、国防、安保领域都具有重要的应用。
在低轨道卫星组网场景中，卫星相对地面运动速度较快，链路切换频繁，拓扑结构改变频繁，使得目前许多基于移动自组网中的路由算法在应用到低轨道卫星组网场景时，具有一定的困难，从而影响了确定星间链路之间的信息传输最短路径的时间和准确性。因而，导致目前低轨道卫星组网场景进行信息传输的效率较低。
发明内容
本发明提供一种卫星信息传输方法、装置、设备、介质及产品，用以解决目前低轨道卫星组网场景进行信息传输的效率较低的问题。
本发明实施例第一方面提供一种卫星信息传输方法，包括：
获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点；
根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径；
根据所述传输路径将所述目标信息从所述初始地面站节点传输至目标地面站节点。
进一步地，如上所述的方法，所述根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径，包括：
根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定各个传输节点对应的期望值；其中，所述传输节点为包括所述初始地面站节点与所述目标地面站节点在内的，用于传输目标信息的节点；所述期望值为各个传输节点在执行将目标信息传输至下一传输节点时通过所述卫星网络路由算法生成的期望结果；
根据各个传输节点对应的期望值确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。
进一步地，如上所述的方法，所述根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定各个传输节点对应的期望值，包括：
将所述初始地面站节点确定为当前传输节点，根据所述当前传输节点确定与所述当前传输节点相邻的四个维度的中间卫星节点；
针对每个中间卫星节点，将中间卫星节点确定为下一传输节点；
判断所述下一传输节点是否为目标地面站节点；若否，则确定所述当前传输节点和所述下一传输节点之间的距离；
将所述距离的负值确定为所述当前传输节点将目标信息传输至所述下一传输节点的反馈值；
将所述反馈值输入预设的卫星网络路由算法以确定所述当前传输节点对应的期望值；
将所述下一传输节点确定为所述当前传输节点，并执行所述根据所述当前传输节点确定与所述当前传输节点相邻的四个维度的中间卫星节点的步骤。
进一步地，如上所述的方法，若所述下一传输节点为目标地面站节点，则还包括：
将预设的奖励值确定为所述当前传输节点将目标信息传输至所述下一传输节点的反馈值；其中，所述预设的奖励值大于零；
将所述反馈值输入预设的卫星网络路由算法以确定所述当前传输节点对应的期望值。
进一步地，如上所述的方法，所述根据各个传输节点对应的期望值确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径，包括：
确定所述当前传输节点对应的各个期望值中最大的期望值；
将所述最大的期望值对应的中间卫星节点确定为最终传输节点；
确定所述最终传输节点是否为目标地面站节点，若所述最终传输节点不是目标地面站节点，则将所述最终传输节点确定为所述当前传输节点，并执行所述确定所述当前传输节点对应的各个期望值中最大的期望值的步骤；
若所述最终传输节点为目标地面站节点，则将所述初始地面站节点、所述最终传输节点以及所述目标地面站节点之间的路径确定为传输路径。
进一步地，如上所述的方法，所述卫星网络路由算法为：
Figure BDA0003032608050000021
Q(s，a)表示在s状态下，采取动作a能够获得收益的期望；s表示状态即当前传输节点；a表示在当前传输节点下可以选择的下一跳节点动作；s′表示当前传输节点在选择一个动作a之后，到达的下一传输节点；a′表示在下一传输节点下可以选择的下一跳节点动作；r表示选择一个动作执行之后，获得的反馈值；γ表示衰减系数；α表示学习速率；
Figure BDA0003032608050000031
表示s′状态下可以进行的选择中数值最大的Q值。
本发明实施例第二方面提供一种卫星信息传输装置，包括：
获取模块，用于获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点；
确定模块，用于根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径；
传输模块，用于根据所述传输路径将所述目标信息从所述初始地面站节点传输至目标地面站节点。
进一步地，如上所述的装置，所述确定模块具体用于：
根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定各个传输节点对应的期望值；其中，所述传输节点为包括所述初始地面站节点与所述目标地面站节点在内的，用于传输目标信息的节点；所述期望值为各个传输节点在执行将目标信息传输至下一传输节点时通过所述卫星网络路由算法生成的期望结果；根据各个传输节点对应的期望值确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。
进一步地，如上所述的装置，所述确定模块在根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定各个传输节点对应的期望值时，具体用于：
将所述初始地面站节点确定为当前传输节点，根据所述当前传输节点确定与所述当前传输节点相邻的四个维度的中间卫星节点；针对每个中间卫星节点，将中间卫星节点确定为下一传输节点；判断所述下一传输节点是否为目标地面站节点；若否，则确定所述当前传输节点和所述下一传输节点之间的距离；将所述距离的负值确定为所述当前传输节点将目标信息传输至所述下一传输节点的反馈值；将所述反馈值输入预设的卫星网络路由算法以确定所述当前传输节点对应的期望值；将所述下一传输节点确定为所述当前传输节点，并执行所述根据所述当前传输节点确定与所述当前传输节点相邻的四个维度的中间卫星节点的步骤。
进一步地，如上所述的装置，若所述下一传输节点为目标地面站节点，则所述确定模块还用于：
将预设的奖励值确定为所述当前传输节点将目标信息传输至所述下一传输节点的反馈值；其中，所述预设的奖励值大于零；将所述反馈值输入预设的卫星网络路由算法以确定所述当前传输节点对应的期望值。
进一步地，如上所述的装置，所述确定模块在根据各个传输节点对应的期望值确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径时，具体用于：
确定所述当前传输节点对应的各个期望值中最大的期望值；将所述最大的期望值对应的中间卫星节点确定为最终传输节点；确定所述最终传输节点是否为目标地面站节点，若所述最终传输节点不是目标地面站节点，则将所述最终传输节点确定为所述当前传输节点，并执行所述确定所述当前传输节点对应的各个期望值中最大的期望值的步骤；若所述最终传输节点为目标地面站节点，则将所述初始地面站节点、所述最终传输节点以及所述目标地面站节点之间的路径确定为传输路径。
进一步地，如上所述的装置，所述卫星网络路由算法为：
Figure BDA0003032608050000041
Q(s，a)表示在s状态下，采取动作a能够获得收益的期望；s表示状态即当前传输节点；a表示在当前传输节点下可以选择的下一跳节点动作；s′表示当前传输节点在选择一个动作a之后，到达的下一传输节点；a′表示在下一传输节点下可以选择的下一跳节点动作；r表示选择一个动作执行之后，获得的反馈值；γ表示衰减系数；α表示学习速率；
Figure BDA0003032608050000042
表示s′状态下可以进行的选择中数值最大的Q值。
本发明实施例第三方面提供一种电子设备，包括：存储器，处理器；
存储器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为由所述处理器执行第一方面任一项所述的卫星信息传输方法。
本发明实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现第一方面任一项所述的卫星信息传输方法。
本发明实施例第五方面提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述的卫星信息传输方法。
本发明实施例提供的一种卫星信息传输方法、装置、设备、介质及产品，该方法包括：获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点；根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径；根据所述传输路径将所述目标信息从所述初始地面站节点传输至目标地面站节点。本发明实施例的卫星信息传输方法，首先获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点。通过所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。由于初始地面站节点、目标地面站节点在结合预设的卫星网络路由算法时，可以更效率的确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径，从而提高了目标信息从所述初始地面站节点传输至目标地面站节点的效率。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为低轨道卫星组网场景的示意图；
图2为可以实现本发明实施例的卫星信息传输方法的场景图；
图3为本发明第一实施例提供的卫星信息传输方法的流程示意图；
图4为本发明第二实施例提供的卫星信息传输方法的流程示意图；
图5为本发明第二实施例提供的卫星信息传输方法的步骤202的具体流程示意图；
图6为本发明第三实施例提供的卫星信息传输装置的结构示意图；
图7为本发明第四实施例提供的电子设备的结构示意图。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
为了清楚理解本申请的技术方案，首先对现有技术的方案进行详细介绍。低轨道卫星具有传输时延短、信道容量大、同一时间可处理很多信息、不需要地面的配合，可以通过星间链路的转发完成数据的传输等优势，满足人们目前对视频通信等实时大流量传输的业务的时延要求。如图1所示，其中，Interplane ISL指星间链路，Seam指星间链路之间的缝隙。低轨道卫星组网场景的低轨道卫星星座的设计主要分为两种，一种为极轨道星座，另一种为倾斜轨道星座。每条轨道上有多个卫星，卫星实时运转并传递信息。
然而，在低轨道卫星组网场景中，卫星相对地面运动速度较快，链路切换频繁，拓扑结构改变频繁，星上处理能力有限，使得许多基于移动自组网中成熟的路由算法不能很好的应用在卫星场景中，在接收到用户终端发送信息的需求后，通过目前的路由算法确定星间链路之间的传输路径的时间较长，效率较低，从而导致目前低轨道卫星组网场景进行信息传输的效率较低。
所以针对现有技术中目前低轨道卫星组网场景进行信息传输的效率较低的问题，发明人在研究中发现，为了解决目前低轨道卫星组网场景进行信息传输的效率较低的问题，可以设计一个与低轨道卫星组网场景更匹配的卫星网络路由算法，通过结合卫星网络路由算法提高确定星间链路之间的传输路径的效率，从而提高低轨道卫星组网场景进行信息传输的效率。具体的，首先获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点。通过初始地面站节点、目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。由于初始地面站节点、目标地面站节点在结合预设的卫星网络路由算法时，可以更效率的确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径，从而提高了目标信息从初始地面站节点传输至目标地面站节点的效率。
发明人基于上述的创造性发现，提出了本申请的技术方案。
下面对本发明实施例提供的卫星信息传输方法的应用场景进行介绍。如图2所示，其中，1为第一电子设备，2为第二电子设备，3为卫星节点群。中间卫星节点A-D为初始地面站节点相邻的四个维度的中间卫星节点，中间卫星节点E-H为目标地面站节点相邻的四个维度的中间卫星节点。本发明实施例提供的卫星信息传输方法对应的应用场景的网络架构中包括：第一电子设备1、第二电子设备2以及卫星节点群3。第二电子设备2可以接收用户终端的信息传输需求，从而根据用户终端的信息传输需求确定卫星节点群3中对应的初始地面站节点和目标地面站节点。同时，第一电子设备1也可以直接根据用户终端的信息传输需求确定卫星节点群3中对应的初始地面站节点和目标地面站节点。在需要进行信息传输时，第一电子设备1从第二电子设备2获取对应的初始地面站节点和目标地面站节点。然后，第一电子设备1根据初始地面站节点、目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。如图2所示，第一电子设备1确定出的传输路径为初始地面站节点-中间卫星节点D-中间卫星节点F-目标地面站节点。在第一电子设备1确定出传输路径后，可以将目标信息发送至初始地面站节点，以使初始地面站节点按照确定出的传输路径将目标信息经由中间卫星节点D和中间卫星节点F传输至目标地面站节点。
下面结合说明书附图对本发明实施例进行介绍。
图3为本发明第一实施例提供的卫星信息传输方法的流程示意图，如图3所示，本实施例中，本发明实施例的执行主体为卫星信息传输装置，该卫星信息传输装置可以集成在电子设备中。则本实施例提供的卫星信息传输方法包括以下几个步骤：
步骤S101，获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点。
本实施例中，获取的方式可以是从用于接收用户终端的信息传输需求，并根据用户终端的信息传输需求确定卫星节点群中对应的初始地面站节点和目标地面站节点的电子设备中获取，也可以根据用户终端的信息传输需求直接确定，本实施例对此不作限定。
本实施例的低轨道卫星组网采用铱星星座特点，定义6条轨道，每条轨道11颗卫星，每颗卫星在维度上存在四颗相邻的卫星。每颗卫星在同一条轨道上，存在两颗相邻的卫星，在相邻轨道上分别存在一颗相邻的卫星。同时，每个卫星对应的卫星节点都能获取相邻的四个卫星节点的位置信息。在进行信息传输之前，可以根据铱星星座特点，建立低轨道卫星仿真模型，从而通过低轨道卫星仿真模型确定出最优的传输路径。
初始地面站节点存在相邻的四个维度的卫星节点，同理，目标地面站节点也存在相邻的四个维度的卫星节点。比如，用户终端的信息传输需求是将目标信息从某城市A传输至某城市B，首先将某城市A对应的地面站确定为初始地面站节点，然后将某城市B对应的地面站确定为对应的目标地面站节点。
步骤S102，根据初始地面站节点、目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。
本实施例中，预设的卫星网络路由算法是结合了强化学习算法中的Q-learning算法，并将Q-learning算法进行了改进。通过预设的卫星网络路由算法，使主控节点可以在不需要知道卫星之间的拓扑连接关系的情况下，寻找到达目标地面站节点的最短路径。
强化学习是机器学习中的一种，其算法可以在不需要知道任何信息下，通过迭代优化达到最终目标。在强化学习算法中，智能体学习的过程是一个不断试错，不断尝试的过程，每当智能体做出一个动作之后，环境都会对它这次的动作进行一个反馈(正反馈或者负反馈信号)，并且智能体的状态信息会发生改变，到了下一个状态，智能体若是在之前到达过这个状态，那么就会根据之前的经历选择动作，若是没有，就会随机地进行动作选择，选择的依据就是尽量增加正向反馈的值。在算法中，每一次的选择的值不仅会影响智能体当前做出的动作选择，还会影响下个状态的动作选择与最终到达目的之后的总反馈值。由于强化学习算法首先不需要对网络拓扑有任何的先验知识，其次可以在邻居节点变化或者出现问题的情况下依然做出较好的选择。
同时，由于低轨卫星网络场景中，状态空间较小，动作的选择也不多，适合采用Q-learning算法进行学习，Q-table即Q值的表对每个状态的记录占用的空间较小，查找起来也相对简单。
步骤S103，根据传输路径将目标信息从初始地面站节点传输至目标地面站节点。
本实施例中，根据确定出的传输路径可以将目标信息从初始地面站节点经由各个中间的传输节点传输至目标地面站节点。
本发明实施例提供的一种卫星信息传输方法，该方法包括：获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点。根据初始地面站节点、目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。根据传输路径将目标信息从初始地面站节点传输至目标地面站节点。本发明实施例的卫星信息传输方法，首先获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点。通过初始地面站节点、目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。由于初始地面站节点、目标地面站节点在结合预设的卫星网络路由算法时，可以更效率的确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径，从而提高了目标信息从初始地面站节点传输至目标地面站节点的效率。
图4为本发明第二实施例提供的卫星信息传输方法的流程示意图，如图4所示，本实施例提供的卫星信息传输方法，是在本发明上一实施例提供的卫星信息传输方法的基础上，对步骤102进行了进一步的细化。则本实施例提供的卫星信息传输方法包括以下步骤。
步骤S201，获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点。
本实施例中，步骤201的实现方式与本发明上一实施例中的步骤101的实现方式类似，在此不再一一赘述。
步骤S202，根据初始地面站节点、目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定各个传输节点对应的期望值。其中，传输节点为包括初始地面站节点与目标地面站节点在内的，用于传输目标信息的节点。期望值为各个传输节点在执行将目标信息传输至下一传输节点时通过卫星网络路由算法生成的期望结果。
本实施例中，传输节点包括初始地面站节点、目标地面站节点、各个卫星节点。由于预设的卫星网络路由算法中结合了强化学习算法中的Q-learning算法，在确定目标信息的传输路径时，主要是通过确定各个传输节点对应的期望值，从而根据各个传输节点对应的期望值大小来确定传输路径。
步骤S203，根据各个传输节点对应的期望值确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。
本实施例中，在确定出各个传输节点对应的期望值后，会根据各个传输节点的各个期望值的大小确定下一传输节点。可选的，可以将各个期望值的大小中最大的期望值对应的卫星节点确定为下一传输节点。
步骤S204，根据传输路径将目标信息从初始地面站节点传输至目标地面站节点。
本实施例中，步骤204的实现方式与本发明上一实施例中的步骤103的实现方式类似，在此不再一一赘述。
本发明实施例提供的一种卫星信息传输方法，由于预设的卫星网络路由算法中结合了强化学习算法中的Q-learning算法，在确定目标信息的传输路径时，通过确定各个传输节点对应的期望值，从而根据各个传输节点对应的期望值大小来确定传输路径。确定出的传输路径通常为最优传输路径，同时，确定传输路径的效率也较高。
图5为本发明第二实施例提供的卫星信息传输方法的步骤202的具体流程示意图，如图5所示，本实施例提供的卫星信息传输方法，是在本发明上一实施例提供的卫星信息传输方法的基础上，对步骤202进行了进一步的细化。则本实施例提供的卫星信息传输方法包括以下步骤。
步骤S2021，将初始地面站节点确定为当前传输节点。
本实施例中，预设的卫星网络路由算法可以针对每个节点都确定出多个期望值，因而，可以将初始地面站节点确定为当前传输节点，从而执行当前的确定期望值的流程。在确定出下一传输节点后，可以以下一传输节点作为当前传输节点，从而执行确定对应的期望值的流程。
步骤S2022，根据当前传输节点确定与当前传输节点相邻的四个维度的中间卫星节点。
本实施例中，每个卫星节点都具有四个维度的相邻的中间卫星节点，一般情况下，当前传输节点同轨道方向上具有两个相邻的中间卫星节点，而在相邻的轨道上，分别具有一个相邻的中间卫星节点。
同时，当前传输节点可以以三秒的时刻间隔确定中间卫星节点的位置。
步骤S2023，针对每个中间卫星节点，将中间卫星节点确定为下一传输节点。
本实施例中，对于每个中间卫星节点，都会假设为最优的下一传输节点进行算法的预演训练，从而确定出每个中间卫星节点对应的期望值。
步骤S2024，判断下一传输节点是否为目标地面站节点。若是，则执行步骤2029，若否则执行步骤2025。
本实施例中，判断下一传输节点是否为目标地面站节点主要用于判断当前传输节点与目标地面站节点之间间隔了多少个卫星节点。若下一传输节点为目标地面站节点，则代表传输路径确定完成了。
步骤S2025，确定当前传输节点和下一传输节点之间的距离。
本实施例中，由于期望值与反馈值相关，而反馈值与初始地面站节点和下一传输节点之间的距离相关，因而，需要确定初始地面站节点和下一传输节点之间的距离。
步骤S2026，将距离的负值确定为当前传输节点将目标信息传输至下一传输节点的反馈值。
本实施例中，反馈值通常设为距离的负值。
步骤S2027，将反馈值输入预设的卫星网络路由算法以确定当前传输节点对应的期望值。
可选的，本实施例中，卫星网络路由算法为：
Figure BDA0003032608050000101
Q(s，a)表示在s状态下，采取动作a能够获得收益的期望；s表示状态即当前传输节点；a表示在当前传输节点下可以选择的下一跳节点动作；s′表示当前传输节点在选择一个动作a之后，到达的下一传输节点；a′表示在下一传输节点下可以选择的下一跳节点动作；r表示选择一个动作执行之后，获得的反馈值；γ表示衰减系数；α表示学习速率；
Figure BDA0003032608050000102
表示s′状态下可以进行的选择中数值最大的Q值。
步骤S2028，将下一传输节点确定为当前传输节点，同时，执行步骤2022。
本实施例中，将下一传输节点确定为当前传输节点是用于确定该下一传输节点对应的下一传输节点以及对应的期望值。
步骤S2029，将预设的奖励值确定为当前传输节点将目标信息传输至下一传输节点的反馈值。其中，预设的奖励值大于零。
本实施例中，预设的奖励值通常设置大于0，从而使与目标地面站节点相邻的卫星节点的期望值相比传输路径中靠前顺序的传输节点的期望值更高。
步骤S20210，将反馈值输入预设的卫星网络路由算法以确定当前传输节点对应的期望值。
可选的，根据各个传输节点对应的期望值确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径，包括：
确定当前传输节点对应的各个期望值中最大的期望值。
将最大的期望值对应的中间卫星节点确定为最终传输节点。
确定最终传输节点是否为目标地面站节点，若最终传输节点不是目标地面站节点，则将最终传输节点确定为当前传输节点，并执行确定当前传输节点对应的各个期望值中最大的期望值的步骤。
若最终传输节点为目标地面站节点，则将初始地面站节点、最终传输节点以及目标地面站节点之间的路径确定为传输路径。
本实施例中，确定传输路径时，每一个当前传输节点在确定最优的下一传输节点时，是通过当前传输节点的各个期望值中最大的期望值来确定。期望值最大代表选择该传输节点作为下一传输节点对于全部的信息传输过程是最优的。
为了更详细的描述本发明的方案，下面将详细的描述确定各个传输节点的期望值的详细过程。
步骤a：将数据进行初始化，此时每个卫星节点对应的期望值为0。同时，设定卫星网络路由算法中的各个参数，与到达目标地面站节点的奖励值，比如学习参数和衰减系数。将Q表中所有的元素的值设置为0。其中，结合低轨卫星组网，分别定义了s，{ai}，r，s′，done。s表示状态state，即信息数据包所在的当前传输节点，{ai}表示在当前传输节点编号下可以选择的下一跳节点空间(i≤4)。s′表示当前传输节点s在选择一个动作ai之后，到达的下一个节点编号。r表示选择一个动作执行之后，获得的反馈值。done代表是否到达目标地面站节点，到达为true，返回一个设定好的正的反馈值，没到达为false，返回0。
步骤b：节点s在有数据包的情况下，在当前所有可选相邻的中间卫星节点中选择一个动作a，将其中一个卫星节点作为下一传输节点。数据包进行动作的选择主要基于Q-table中的值，在Q-table中记录着当前状态下所有动作的期望值，例如在s1状态下的四种动作选择，分别代表四颗相邻中间卫星节点。在初始阶段，Q-table中还没有记录任何值的情况，默认值为0，也就是开始时会随机地进行选择下一跳。在经历过一定的回合，Q-table开始有一定的学习经验了之后，以设定的贪婪速率ε(0＜ε＜1)进行选择。在设置贪婪速率后，算法选择一个0到1之间的随机数，与ε的值进行比较，在小于ε的值的情况下，下一跳卫星节点就选择Q(s1，ai)(i＝1，2，3，4)中Q值最大的动作ai，在大于ε的情况下，就对ai的动作进行随机的选择。这样做的目的是由于从初始地面站节点至目标地面站节点的传输路径数量非常多，在最开始确定出的传输路径可能并不是全局上最优的传输路径，通过设置贪婪速率可以避免路径的收敛陷入局部最优解。其中，选择策略上采用了动态贪婪速率，在卫星网络路由算法的初期阶段，采用很低的贪婪速率，先让智能体对于整个网络拓扑有比较完整的了解。在一定回合之后，将贪婪速率提高，比如最开始设置0.1，慢慢增加至0.9，即从一开始百分之10的概率选择局部最优解，百分之90的概率扩展传输路径的选择，到后面的百分之90选择多次预演后的最优解。从而将已经探索过的路径中的路径多个回合迭代开发，找到最优路径，避免算法在次优解时已经收敛。
步骤c：得到下一传输节点和这次选择的反馈值r后，算法对这次的选择进行更新Q值，Q值即期望值按照下列算法进行更新：
Figure BDA0003032608050000121
更新的值会记录在Q-table中，Q-table的格式如表1所示：
表1 Q表格式
s\a 0 1 2 3
0 Q(0，0) Q(0，1) Q(0，2) Q(0，3)
1 Q(1，0) Q(1，1) Q(1，2) Q(1，3)
2 Q(2，0) Q(2，1) Q(2，2) Q(2，3)
在上述算法中，s′为选择动作a之后的下一传输节点，
Figure BDA0003032608050000122
为在s′状态下可以进行的选择中分值最大，也就是最好选择的Q值，γ(0＜γ＜1)为衰减系数，当在一个状态下，有两个动作的选择都可以到达终点时，要是没有衰减系数γ的存在，那么对于数据包来说，选择哪条路径进行传输都是没有分别的。衰减系数的设定使距离目标地面站节点越远的状态能获得Q值就越小，可以避免数据去选择跳数更多的那条路径。在算法中γ值设定为0.9。在考虑网络状态时，需要在Q表中值的基础上，附加链路状态与节点队列信息的权重，距离目的节点越近maxQ(s，a)就越大，那么对于距离目的节点更远的节点，在链路状态不好的情况下，就容易选取次优节点进行传输，而距离比较近的节点，由于maxQ(s，a)的值比较大，就不容易更改决策，这样也可以避免离目地节点很近时绕远路浪费时间。r为路径过程中的负反馈值。
Figure BDA0003032608050000131
上述部分算法是数据包在这一次的选择中获得的误差值，通过设定的r值可以使数据包能在两条跳数相同的路径中找到最短路径，将误差值乘以学习率α(0.5＜α＜1)就是学习到的值。α决定这次的误差有多少要被学习，来保证Q值的收敛。当Q值不再变化时，该卫星节点对应的期望值就确定出来了。因而，α影响确定出稳定期望值的次数。
同时，在确定传输路径时，可以采用限定跳数的做法，规定数据的传输需要在一定跳数内结束，超过跳数就算作确定传输路径失败，不再继续探索，从而加快确定传输路径速度。与限制跳数为10和20相比，在将数据传输的跳数限制在15跳时，确定传输路径的回合数更少。同样在跳数限制为15时，确定传输路径的时间更快。
图6为本发明第三实施例提供的卫星信息传输装置的结构示意图，如图6所示，本实施例中，该卫星信息传输装置300包括：
获取模块301，用于获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点。
确定模块302，用于根据初始地面站节点、目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。
传输模块303，用于根据传输路径将目标信息从初始地面站节点传输至目标地面站节点。
本实施例提供的卫星信息传输装置可以执行图3所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果与图3所示方法实施例类似，在此不再一一赘述。
同时，本发明提供的卫星信息传输装置在上一实施例提供的卫星信息传输装置的基础上，对卫星信息传输装置300进行了进一步的细化。
可选的，本实施例中，确定模块302具体用于：
根据初始地面站节点、目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定各个传输节点对应的期望值。其中，传输节点为包括初始地面站节点与目标地面站节点在内的，用于传输目标信息的节点。期望值为各个传输节点在执行将目标信息传输至下一传输节点时通过卫星网络路由算法生成的期望结果。根据各个传输节点对应的期望值确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。
可选的，本实施例中，确定模块302在根据初始地面站节点、目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定各个传输节点对应的期望值时，具体用于：
将初始地面站节点确定为当前传输节点，根据当前传输节点确定与当前传输节点相邻的四个维度的中间卫星节点。针对每个中间卫星节点，将中间卫星节点确定为下一传输节点。判断下一传输节点是否为目标地面站节点。若否，则确定当前传输节点和下一传输节点之间的距离。将距离的负值确定为当前传输节点将目标信息传输至下一传输节点的反馈值。将反馈值输入预设的卫星网络路由算法以确定当前传输节点对应的期望值。将下一传输节点确定为当前传输节点，并执行根据当前传输节点确定与当前传输节点相邻的四个维度的中间卫星节点的步骤。
可选的，本实施例中，若下一传输节点为目标地面站节点，则确定模块302还用于：
将预设的奖励值确定为当前传输节点将目标信息传输至下一传输节点的反馈值。其中，预设的奖励值大于零。将反馈值输入预设的卫星网络路由算法以确定当前传输节点对应的期望值。
可选的，本实施例中，确定模块302在根据各个传输节点对应的期望值确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径时，具体用于：
确定当前传输节点对应的各个期望值中最大的期望值。将最大的期望值对应的中间卫星节点确定为最终传输节点。确定最终传输节点是否为目标地面站节点，若最终传输节点不是目标地面站节点，则将最终传输节点确定为当前传输节点，并执行确定当前传输节点对应的各个期望值中最大的期望值的步骤。若最终传输节点为目标地面站节点，则将初始地面站节点、最终传输节点以及目标地面站节点之间的路径确定为传输路径。
可选的，本实施例中，卫星网络路由算法为：
Figure BDA0003032608050000141
Q(s，a)表示在s状态下，采取动作a能够获得收益的期望；s表示状态即当前传输节点；a表示在当前传输节点下可以选择的下一跳节点动作；s′表示当前传输节点在选择一个动作a之后，到达的下一传输节点；a′表示在下一传输节点下可以选择的下一跳节点动作；r表示选择一个动作执行之后，获得的反馈值；γ表示衰减系数；α表示学习速率；
Figure BDA0003032608050000151
表示s′状态下可以进行的选择中数值最大的Q值。
本实施例提供的卫星信息传输装置可以执行图3-图5所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果与图3-图5所示方法实施例类似，在此不再一一赘述。
根据本发明的实施例，本发明还提供了一种电子设备、一种计算机可读存储介质和一种计算机程序产品。
如图7所示，图7是本发明第四实施例提供的电子设备的结构示意图。电子设备旨在各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图7所示，该电子设备包括：处理器401、存储器402。各个部件利用不同的总线互相连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在电子设备内执行的指令进行处理。
存储器402即为本发明所提供的非瞬时计算机可读存储介质。其中，存储器存储有可由至少一个处理器执行的指令，以使至少一个处理器执行本发明所提供的卫星信息传输方法。本发明的非瞬时计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使计算机执行本发明所提供的卫星信息传输方法。
存储器402作为一种非瞬时计算机可读存储介质，可用于存储非瞬时软件程序、非瞬时计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的卫星信息传输方法对应的程序指令/模块(例如，附图6所示的获取模块301、确定模块302和传输模块303)。处理器401通过运行存储在存储器402中的非瞬时软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的卫星信息传输方法。
同时，本实施例还提供一种计算机产品，当该计算机产品中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行上述实施例一至三的卫星信息传输方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明实施例的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明实施例的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明实施例的一般性原理并包括本发明实施例未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明实施例的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本发明实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明实施例的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种卫星信息传输方法，其特征在于，包括：
获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点；
根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径；
根据所述传输路径将所述目标信息从所述初始地面站节点传输至目标地面站节点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径，包括：
根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定各个传输节点对应的期望值；其中，所述传输节点为包括所述初始地面站节点与所述目标地面站节点在内的，用于传输目标信息的节点；所述期望值为各个传输节点在执行将目标信息传输至下一传输节点时通过所述卫星网络路由算法生成的期望结果；
根据各个传输节点对应的期望值确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定各个传输节点对应的期望值，包括：
将所述初始地面站节点确定为当前传输节点，根据所述当前传输节点确定与所述当前传输节点相邻的四个维度的中间卫星节点；
针对每个中间卫星节点，将中间卫星节点确定为下一传输节点；
判断所述下一传输节点是否为目标地面站节点；若否，则确定所述当前传输节点和所述下一传输节点之间的距离；
将所述距离的负值确定为所述当前传输节点将目标信息传输至所述下一传输节点的反馈值；
将所述反馈值输入预设的卫星网络路由算法以确定所述当前传输节点对应的期望值；
将所述下一传输节点确定为所述当前传输节点，并执行所述根据所述当前传输节点确定与所述当前传输节点相邻的四个维度的中间卫星节点的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若所述下一传输节点为目标地面站节点，则还包括：
将预设的奖励值确定为所述当前传输节点将目标信息传输至所述下一传输节点的反馈值；其中，所述预设的奖励值大于零；
将所述反馈值输入预设的卫星网络路由算法以确定所述当前传输节点对应的期望值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据各个传输节点对应的期望值确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径，包括：
确定所述当前传输节点对应的各个期望值中最大的期望值；
将所述最大的期望值对应的中间卫星节点确定为最终传输节点；
确定所述最终传输节点是否为目标地面站节点，若所述最终传输节点不是目标地面站节点，则将所述最终传输节点确定为所述当前传输节点，并执行所述确定所述当前传输节点对应的各个期望值中最大的期望值的步骤；
若所述最终传输节点为目标地面站节点，则将所述初始地面站节点、所述最终传输节点以及所述目标地面站节点之间的路径确定为传输路径。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述卫星网络路由算法为：
Figure FDA0003032608040000021
Q(s，a)表示在s状态下，采取动作a能够获得收益的期望；s表示状态即当前传输节点；a表示在当前传输节点下可以选择的下一跳节点动作；s′表示当前传输节点在选择一个动作a之后，到达的下一传输节点；a′表示在下一传输节点下可以选择的下一跳节点动作；r表示选择一个动作执行之后，获得的反馈值；γ表示衰减系数；α表示学习速率；
Figure FDA0003032608040000022
表示s′状态下可以进行的选择中数值最大的Q值。
7.一种卫星信息传输装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取低轨道卫星组网中目标信息传输时对应的初始地面站节点和目标地面站节点；
确定模块，用于根据所述初始地面站节点、所述目标地面站节点以及预设的卫星网络路由算法确定目标信息在低轨道卫星组网中对应的传输路径；
传输模块，用于根据所述传输路径将所述目标信息从所述初始地面站节点传输至目标地面站节点。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，处理器；
存储器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为由所述处理器执行如权利要求1至6任一项所述的卫星信息传输方法。
9.一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中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至6任一项所述的卫星信息传输方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的卫星信息传输方法。
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