CN113438010A - 面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系及评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于空间信息技术领域，公开了一种面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系及评估系统，所述面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，包括覆盖、接入、承载、服务和系统五大系统评估指标维度，用于从不同角度出发对星座系统进行评估，从而建立系统、全面的卫星星座系统的评估指标体系。本发明提供了面向五大类评估指标的一体化评估方法流程，明确了评估流程中涉及到的卫星网络运动计算、统计计算系统、协议仿真系统功能模块的功能设计。该指标体系既能全面评估星座系统的综合能力，又能单独从某一维度对星座系统进行评估。本发明提供的基于三大模块的系统性能评估方法，可以计算本发明提出的性能指标，具有良好的可操作性。

Description

面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系及评估系统

技术领域

本发明属于空间信息技术领域，尤其涉及一种面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系及评估系统。

背景技术

目前，以卫星星座系统为重要组成部分的天地一体化信息网络，是支撑我国经济发展及国防信息化建设的重要网络基础设施，已成为我国“新基建”的重点发展方向。为了应对全球地域无差别海量用户的高速连接及超远程用户的低时延信息服务等业务需求的增长，就需要设计天地一体化大规模超密集星座系统，并保障其高效、高可靠运行，能够全面的评估一个卫星星座系统的好坏是进行星座系统设计的重要前提。评估星座性能可以为实际的星座设计和性能优化提供指导，并为实际设计结果的正确性和有效性提供重要的判断依据。卫星网络构成要素复杂，既包括星座系统参量，又包括网络新系统参数，如何关联负责系统参数之间的闭合关系，并且按照一致性、全面性、有效性、独立性等原则，建立星座系统的性能评估指标体系及评估方法是卫星网络综合性能评估的关键环节。

在2014年通信技术3月刊中，杨柳等人研究了卫星话音通信网运行质量的指标体系及评估方法，结合卫星通信网络特点提出了指标体系的构建原则，从网络管理功能角度出发，主要针对以语音为业务的非IP体制卫星通信网络，构建了针对网络性能、网络维护、网络安全的卫星话音通信网运行质量指标体系，并采用层次分析法建立了卫星话音通信网运行质量的评估方法。该指标体系和方法仅能从网络管理能力的角度对卫星话音通信网进行评估，无法对具有其他业务的卫星星座设计方案进行全面的分析和评估。如无法分析卫星星座系统的覆盖、可靠性以及用户体验等星座系统的重要性能。

林琪等人在其发表的名为“基于拓扑的卫星网络效能评估”文献中，研究了卫星网络的度分布、最短平均路径长度与网络直径、聚类系数、介数、周期和切换频率等拓扑特性的提取，并在此基础上分析了拓扑特性对覆盖能力、传输时延、聚类系数、传输质量等网络传输指标的影响。该评估方法仅针对卫星网络的传输指标进行分析，并未建立全面的卫星星座系统的整体性能评估方法。肖海等人在其发表的名为“基于ANP的卫星通信网络通信能力评估”文献中，从覆盖能力、服务能力、服务质量和防护能力四个角度出发，建立了针对卫星网络空间段的评估指标体系。张昭等人在发表在数字通信世界期刊上名为“卫星通信网络性能评估方法研究”文献中，从覆盖特性、通信容量、通信质量、组网能力四个角度出发，建立了卫星通信网络的性能评估指标体系。以上两个卫星网络的性能评估指标体系，虽从多个角度出发，但都并未考虑周全。肖海等人建立的指标体系中，星座系统的覆盖性能仅考虑全球覆盖率。实际情况中，全球覆盖率好的卫星星座设计方案，并不一定具备良好的区域覆盖特性。如可能会出现某人群密集区域的网络服务能力不够的情况。此外，该指标体系中的系统服务能力仅考虑通信容量和传输时延，而实际上用户的感知速率等指标也是评估一个网络服务能力好坏的重要指标。张昭等人建立的卫星网络性能评估指标体系虽更全面，但未从系统可靠性等角度出发建立系统的评估指标。

因此，针对卫星星座系统性能评估指标体系及方法不完备，无法有效全面的评估卫星系统设计方案的好坏等问题，建立一套新的完备的卫星星座系统综合性能评估指标体系及评估方法对于卫星星座的设计与实施具有重要的意义。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有指标体系和方法仅能从网络管理能力的角度对卫星话音通信网进行评估，无法对具有其他业务的卫星星座设计方案进行全面的分析和评估。

(2)现有评估方法仅针对卫星网络的传输指标进行分析，并未建立全面的卫星星座系统的整体性能评估方法。

(3)现有卫星网络的性能评估指标体系都并未考虑周全，且全球覆盖率好的卫星星座设计方案，并不一定具备良好的区域覆盖特性，可能会出现某人群密集区域的网络服务能力不够的情况。

(4)现有指标体系中的系统服务能力仅考虑通信容量和传输时延，而实际上用户的感知速率等指标也是评估一个网络服务能力好坏的重要指标，且未从系统可靠性等角度出发建立系统的评估指标。

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出了一种面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，用于解决现有卫星星座系统评估指标体系的非综合性，从覆盖、接入、承载、服务和系统五大系统评估指标维度综合考虑，设计卫星星座系统评估指标对卫星星座系统的各方面能力进行评价，建立一个面向天地一体化网络的卫星星座系统能力评估体系。

发明内容

本发明是这样实现的，一种面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系及评估系统，评估系统通过各个计算模块得到卫星星座网络参数，依据卫星星座系统能力评估体系输出各项评估结果，所述面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，包括覆盖、接入、承载、服务和系统五大系统评估指标维度，用于从不同角度出发对星座系统进行评估。

其中，所述覆盖性能评估维度，包括信号覆盖、容量覆盖和服务覆盖三个覆盖性能评估类别，用于全面的对系统的覆盖性能进行评估；

所述接入性能评估指标维度，包括接入速率和接入效率两个接入性能评估类别，用于全面的对系统的接入性能进行评估；

所述承载性能评估指标维度，包括承载能力性能评估类别；

所述服务性能评估指标维度，包括系统时延、服务连续性和传输成功率三个系统的服务性能评估类别，用于全面的对系统的服务性能进行评估；

所述系统性能评估指标维度，包括可靠性和系统故障率两个系统性能评估类别。

进一步，覆盖性能评估维度中，所述信号覆盖性能评估类别，包括全球覆盖率和信号覆盖率两个性能评估指标：

①全球覆盖率指标，用于表示全球范围内，在星座运行周期内，至少有1颗卫星覆盖的区域的比例；用于评估星座系统信号的覆盖性能；

②信号覆盖率指标，用于表示在单位面积上接收信号强度超过某一门限值的概率；用于评估星座系统信号强度的覆盖性能；

所述容量覆盖性能评估类别，包括流量密度和连接密度两个性能评估指标：

①流量密度指标，用于表示单位面积上的通信速率；用于评估星座系统对终端流量的接入性能；

②连接密度指标，用于表示单位面积上能够连接的终端数量；用于评估星座系统的对终端个数的接入性能；

所述服务覆盖性能评估类别，包括服务覆盖率指标，用于表示单位面积上网络服务速率与业务需求之比；用于评估星座系统的服务覆盖率性能。

进一步，接入性能评估指标维度中，所述接入速率性能评估类别，包括用户体验速率、峰值速率和单星容量三个关键指标：

①用户体验速率指标，用于表示用户体验速率是指单位时间内用户获得MAC层用户面数据传送量；用于评估星座系统接入速率的用户速率性能；

②峰值速率指标，用于表示用户可以获得的最大业务速率；用于评估星座系统接入速率的系统速率性能；

③单星容量指标，用于表示用户链路传输速率和；用于评估星座系统的单星接入容量性能；

所述接入效率性能评估类别，包括接入阻塞率和接入链路利用率两个指标：

①接入阻塞率，用于表示在一定业务量条件下，因处理资源有限等原因而引起的接入网络失败概率；用于评估星座系统的接入资源调度性能；

②接入链路利用率，用于表示在一个周期中，最大窗口发送帧的发送时延与往返传输时延的比值；用于评估星座系统的接入资源的利用率性能。

进一步，承载性能评估指标维度中，所述承载能力性能指标类别，包括星座容量和端到端吞吐量两个性能指标：

①星座容量，用于表示整个卫星星座空间段传输的最大数据速率；用于评估星座系统空间段数据传输能力；

②端到端吞吐量，用于表示从地面站到用户之间能够传输的最大数据速率；用于评估星座系统端到端的数据传输能力。

进一步，服务性能评估指标维度中，所述系统时延性能评估类别，包括端到端时延和切换时延两个表征系统时延的指标：

①端到端平均时延，用于表示数据包从源端到目的端的传输时间；用于评估星座系统服务能力的平均时延性能；

②所述切换时延指标，用于表示移动终端与卫星波束间切换造成的时延；用于评估星座系统服务能力的切换时延性能；

所述服务连续性性能评估类别，包括切换成功率和掉话率两个表征系统的服务连续性的指标：

①切换成功率，用于表示切换成功的业务占总业务量的比例；用于评估星座系统面向数据业务的服务连续性性能；

②掉话率，用于表示由切换导致的移动通信应用中断的概率；用于评估星座系统面向移动通信业务的服务连续性性能；

所述传输成功率性能评估类别，包括丢包率指标，用于表示点到点或端到端数据包的丢失比率；面向协议对象，采用数值仿真方法计算，用于评估星座系统的丢包率指标，表征系统的传输成功率性能。

进一步，系统性能评估指标维度中，所述可靠性指标类别，包括星座可靠性和故障恢复时间两个指标：

①星座可靠性，用于表示星座系统故障时，用户服务质量的降低程度；用于评估星座系统的整体设计的可靠性性能；

②故障恢复时间指标，用于表示故障发生至完全恢复正常所需的时间；用于评估星座系统的故障处理系统的性能；

所述系统效率指标类别，包括单星效率和频谱效率两个指标：

①单星效率，用于表示单星平均服务速率与系统最大服务速率比值；用于评估星座系统的系统总体设计效率；

②频谱效率，用于表示单波束接入速率与波束带宽比值；用于评估星座系统的波束与频率系统效率；

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系的面向天地一体化网络的星座系统能力评估系统，所述面向天地一体化网络的星座系统能力评估系统包括：

三大星座系统评估模块，用于进行卫星网络运动计算、卫星网络统计计算和卫星网络协议仿真；各模块获得所需网络参数数据及任务输入，对网络进行评估进而输出对应的指标评估结果；

卫星网络运动计算模块，用于获得星座设计参数，模拟卫星星座系统运动场景，计算网络拓扑参数以及星座覆盖在内的星座性能评估结果；

卫星网络统计计算系统，包含卫星接入需求计算、最优地面站计算、链路预算和建链规则四个模块；

卫星网络协议仿真系统，具有一体化网络协议栈，用于卫星星座系统的网络仿真，输出网络服务性能指标结果；其中，所述网络协议栈包括传输层协议、路由协议、接入协议、网络拓扑和物理层参量。

进一步，三大星座系统评估模块中，所述获得星座设计参数，模拟卫星星座系统运动场景，计算网络拓扑参数以及星座覆盖等星座性能评估结果，包括：

①输入星座数据库、单星参数和地面站集合在内的星座参数；

②输出星地可见性矩阵、卫星运动轨迹和星地距离矩阵在内的网络拓扑参数；

③输出单星覆盖率、全球覆盖率和平均响应时间在内的星座系统的性能指标结果。

进一步，卫星网络统计计算系统中，所述卫星接入需求计算模块，包括业务需求速率和业务需求与接入速率比较器，用于计算卫星接入需求；所述最优地面站计算模块，包括服务覆盖率和蚁群算法，用于计算对应特定星座系统最优的地面站站址分布方案；所述链路预算模块，包括自由空间衰减模型、云衰模型和雨衰模型，用于模拟卫星星座系统运行过程中信号衰减过程；所述建链规则模块，包括极轨建链规则、倾斜轨建链规则和多层星座建链规则，用于建立不同的星座系统的运行规则，进而计算评估指标或指标评估所需的参数数据。

其中，所述输入卫星网络统计计算需要下列参数数据：

①业务需求分布，包括人口分布、语音通信业务、宽带通信业务和物联网业务在内的业务需求分布；

②通信系统参数，包括天线模型、星地空口、星间空口和频率规划；

③网络拓扑参数，包括星地可见性矩阵、卫星运动轨迹和星地距离矩阵。

所述输出星座系统的相应计算结果，包括：

①网络拓扑与速率集合，包括用户链路速率、星间链路速率、馈电链路速率和全网连通关系集合；

②星座系统性能指标评估结果，包括可靠性、单星效率、频谱效率、抗毁性和星座容量。

进一步，卫星网络协议仿真系统中，所述输出网络服务性能指标结果包括：

①输入网络拓扑与速率集合，包括用户链路速率、星间链路速率、馈电链路速率和全网连通关系集合；

②输出端到端时延、掉话率和丢包率在内的网络服务性能指标评估结果。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明在边界能力约束下，围绕星座覆盖、接入、承载、服务和系统等五个角度，按照一致性、全面性、有效性、独立性等原则，形成面向天地一体化网络的星座系统能力评估系统及评估方法，从覆盖、接入、承载、服务和系统五大评估指标维度出发，建立更加系统和全面的卫星星座系统的评估指标体系。该指标体系既能全面评估星座系统的综合能力，又能单独从某一维度对星座系统进行评估。本发明提供的基于三大模块的系统性能评估方法，可以计算本发明提出的所有性能指标，具有良好的可操作性。

本发明从覆盖、接入、承载、服务和系统五个能力评估指标维度出发，分别给出不同维度下的相应指标类别，进而给出了完整的星座系统能力评估指标体系以及评估方法。本发明为未来面向天地一体化的卫星星座的系统能力评估和星座设计提供理论支撑和技术保障，对未来大规模卫星星座的研究和发展起到引领和推动作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的面向天地一体化网络的星座系统能力评估系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系及评估系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如表1所示，本发明实施例提供的面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，包括覆盖、接入、承载、服务和系统五大系统评估指标维度，用于从不同角度出发对星座系统进行评估。

其中，所述覆盖性能评估维度，包括信号覆盖、容量覆盖和服务覆盖三个覆盖性能评估类别，用于全面的对系统的覆盖性能进行评估；

所述接入性能评估指标维度，包括接入速率和接入效率两个接入性能评估类别，用于全面的对系统的接入性能进行评估；

所述承载性能评估指标维度，包括承载能力性能评估类别；

所述服务性能评估指标维度，包括系统时延、服务连续性和传输成功率三个系统的服务性能评估类别，用于全面的对系统的服务性能进行评估；

所述系统性能评估指标维度，包括可靠性和系统效率两个系统性能评估类别。

表1面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系

如图1所示，本发明实施例提供的面向天地一体化的星座系统性能评估指标体系的评估方法及流程包括卫星网络运动计算、卫星网络统计计算系统和卫星网络协议仿真系统三大模块，每以模块具有不同的数据输入输出功能，用于星座系统的性能指标的计算。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1

本发明是这样实现的，在边界能力约束下，围绕星座覆盖、接入、承载、服务和系统等五个角度，按照一致性、全面性、有效性、独立性等原则，形成面向卫星网络的多维度性能评估体系和评估方法。

本发明实施例提供的面向天地一体化网络的星座系统能力评估指标体系包括五大系统评估指标维度：覆盖、接入、承载、服务和系统，用于从不同角度出发对星座系统进行评估。

覆盖性能评估维度，包括信号覆盖、容量覆盖和服务覆盖三个覆盖性能评估类别，用于全面的对系统的覆盖性能进行评估。

(2a)信号覆盖性能评估类别包含全球覆盖率、信号覆盖率两个性能评估指标.

(2a1)全球覆盖率指标定义为全球范围内，在星座运行周期内，至少有1颗卫星覆盖的区域的比例。

(2a2)信号覆盖率指标定义为在单位面积上接收信号强度超过某一门限值的概率。

(2b)容量覆盖性能评估类别包含流量密度、连接密度两个性能评估指标。

(2b1)流量密度指标定义为单位面积上的通信速率。

(2b2)连接密度指标定义为单位面积上能够连接的终端数量。

(2c)服务覆盖性能评估类别包含服务覆盖率指标，定义为卫星星座所能服务量占到地面业务需求量的比值。

接入性能评估指标维度，包括接入速率和接入效率两个接入性能评估类别，用于全面的对系统的接入性能进行评估。

(3a)接入速率性能评估类别包含用户体验速率、峰值速率和单星容量三个关键指标。

(3a1)用户体验速率指标定义为用户体验速率是指单位时间内用户获得MAC层用户面数据传送量。

(3a2)峰值速率指标定义为用户可以获得的最大业务速率。

(3b)接入效率性能评估类别包含接入阻塞率和接入链路利用率两个指标。

(3b1)接入阻塞率定义为在一定业务量条件下，因处理资源有限等原因而引起的接入网络失败概率。

(3b2)接入链路利用率指标为在一个周期中，最大窗口发送帧的发送时延与往返传输时延的比值。

承载性能评估指标维度，包括承载能力性能评估类别。

(4a)承载能力性能指标类别进一步包含星座容量和端到端吞吐量两个性能指标。

(4a1)星座容量定义为整个卫星星座空间段传输的最大数据速率。

(4a2)端到端吞吐量指标为从地面站到用户之间能够传输的最大数据速率。

服务性能评估指标维度，包含系统时延、服务连续性、传输成功率三个系统的服务性能评估类别，用于全面的对系统的服务性能进行评估。

(5a)所述系统时延性能评估类别包括端到端时延和切换时延两个表征系统时延的指标。

(5a1)所述端到端时延指标定义为从源端到目的断的数据包的传输时间。

(5a2)所述切换时延指标定义为移动终端与卫星波束间切换造成的时延。

(5b)所述服务连续性性能评估类别包括切换成功率和掉话率两个表征系统的服务连续性的指标；

(5b1)所述切换成功率指标，定义为切换成功的业务占总业务量的比例。

(5b2)所述掉话率指标，定义为由切换导致的移动通信应用中断的概率。

(5c)所述传输成功率性能评估类别包括丢包率指标，定义为点到点或端到端数据包的丢失比率。

系统性能评估指标维度，包括可靠性和系统故障率两个系统性能评估类别。

(6a)所述可靠性指标类别包括星座可靠性和故障恢复时间两个指标。

(6a1)星座可靠性指标定义为星座系统故障时，用户服务质量的降低程度。

(6a2)故障恢复时间指标定义为故障发生至完全恢复正常所需的时间。

(6b)所述系统效率指标类别包括单星效率和频谱效率两个指标。

(6b1)单星效率定义为单星平均服务速率与系统最大服务速率比值。

(6b2)频谱效率定义为单波束接入速率与波束带宽比值。

本发明的另一目的在于提供一种所述面向天地一体化网络的星座系统能力的评估方法，所述星座系统能力的评估方法包括：

1.三大星座系统评估模块：卫星网络运动计算、卫星网络统计计算和卫星网络协议仿真。各模块获得所需网络参数数据及任务输入，对网络进行评估进而输出对应的指标评估结果；

2.卫星网络运动计算模块，获得星座设计参数，模拟卫星星座系统运动场景，计算网络拓扑参数以及星座覆盖等星座性能评估结果：

(2a)输入星座数据库、单星参数、地面站集合等星座参数；

(2b)输出星地可见性矩阵、卫星运动轨迹、星地距离矩阵等网络拓扑参数；

(2c)输出单星覆盖率、全球覆盖率和信号覆盖率等星座系统的性能指标结果；

3.卫星网络统计计算系统，包含卫星接入需求计算、最优地面站计算、链路预算和建链规则四个模块。进一步地，卫星接入需求计算模块包括业务需求速率和业务需求与接入速率比较器，用于计算卫星接入需求；最优地面站计算模块包括服务覆盖率和蚁群算法，用于计算对应特定星座系统最优的地面站站址分布方案；链路预算模块包括自由空间衰减模型、云衰模型和雨衰模型，用于模拟卫星星座系统运行过程中信号衰减过程；建链规则模块包括极轨建链规则、倾斜轨建链规则和多层星座建链规则，用于建立不同的星座系统的运行规则；进而计算评估指标或指标评估所需的参数数据：

(3a)输入卫星网络统计计算所需下列参数数据：

(3a1)业务需求分布：人口分布、语音通信业务、宽带通信业务、物联网业务等业务需求分布；

(3a2)通信系统参数：天线模型、星地空口、星间空口和频率规划等；

(3a3)网络拓扑参数：星地可见性矩阵、卫星运动轨迹、星地距离矩阵等；

(3b)输出星座系统的相应计算结果：

(3b1)网络拓扑与速率集合：用户链路速率、星间链路速率、馈电链路速率和全网连通关系集合；

(3b2)星座系统性能指标评估结果：可靠性、系统效率等。

4.卫星网络协议仿真系统，具有一体化网络协议栈(包含传输层协议、路由协议、接入协议、网络拓扑、物理层参量等)，用于卫星星座系统的网络仿真，输出网络服务性能指标结果:

(4a)输入网络拓扑与速率集合：用户链路速率、星间链路速率、馈电链路速率和全网连通关系集合；

(4b)输出端到端时延、掉话率、丢包率等网络服务性能指标评估结果。

本发明与现有星座系统的评估指标体系及方法相比，从覆盖、接三入、承载、服务和系统五大评估指标维度出发，建立更加系统和全面的卫星星座系统的评估指标体系。该指标体系既能全面评估星座系统的综合能力，又能单独从某一维度对星座系统进行评估。本发明提供的基于三大模块的系统性能评估方法，可以计算本发明提出的所有性能指标，具有良好的可操作性。

实施例2

下面给出两种典型的星座系统性能指标：端到端容量和服务覆盖率的评估方法以及流程。

1.网络端到端容量评估的具体流程如下：

(1a)通过卫星网络运动计算模块获得网络拓扑参数(包括星地可见性矩阵、卫星运动轨迹及星地距离等)。

(1b)在卫星网络统计计算系统中，建链规则模块输出网络连通关系集合，链路预算模块输出用户、星间和馈电链路的链路预算。基于网络连通关系集合和链路速率，卫星接需求计算模块输出单星覆盖下的实际接入速率。

(1c)获得最优地面站数量和部署后，更新星地馈电链路速率。

(1d)运行容量统计及计算模块，得到端到端容量。

2.服务覆盖率评估的具体流程如下：

(2a)将地球平面按照一定规则切割为多个网格，通过卫星网络运动计算模块获得卫星与地面网格的可见性矩阵。并计算得到地面网格的平均业务速率。

(2b)基于计算得到的星座网络容量除以星座规模得到单星平均服务速率。

(2c)基于卫星与地面网格的可见性关系，将单星的服务速率平均到每个可见的网格内，求和网格内可获得卫星服务速率，即为星座网络对地面网格的平均服务速率。

(2d)对比每个网格内平均服务速率与平均业务速率为单网格内的服务覆盖率，当网格内平均服务速率大于平均业务速率时，单网格的服务覆盖率为1，否则为两者的比值。对全部网格求平均即为星座的服务覆盖率。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，其特征在于，所述面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，包括覆盖、接入、承载、服务和系统五大系统评估指标维度，用于从不同角度出发对星座系统进行评估；

其中，所述覆盖性能评估维度，包括信号覆盖、容量覆盖和服务覆盖三个覆盖性能评估类别，用于全面的对系统的覆盖性能进行评估；

所述接入性能评估指标维度，包括接入速率和接入效率两个接入性能评估类别，用于全面的对系统的接入性能进行评估；

所述承载性能评估指标维度，包括承载能力性能评估类别；

所述服务性能评估指标维度，包括系统时延、服务连续性和传输成功率三个系统的服务性能评估类别，用于全面的对系统的服务性能进行评估；

所述系统性能评估指标维度，包括可靠性和系统效率两个系统性能评估类别。

2.如权利要求1所述的面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，其特征在于，覆盖性能评估维度中，所述信号覆盖性能评估类别，包括全球覆盖率和信号覆盖率两个性能评估指标：

①全球覆盖率指标，用于表示全球范围内，在星座运行周期内，至少有1颗卫星覆盖的区域的比例；用于评估星座系统信号的覆盖性能；

②信号覆盖率指标，用于表示在单位面积上接收信号强度超过某一门限值的概率；用于评估星座系统信号强度的覆盖性能；

所述容量覆盖性能评估类别，包括流量密度和连接密度两个性能评估指标：

①流量密度指标，用于表示单位面积上的通信速率；用于评估星座系统对终端流量的接入性能；

②连接密度指标，用于表示单位面积上能够连接的终端数量；用于评估星座系统的对终端个数的接入性能；

所述服务覆盖性能评估类别，包括服务覆盖率指标，用于表示卫星星座所能服务量占到地面业务需求量的比值；用于评估星座系统的服务覆盖率性能。

3.如权利要求1所述的面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，其特征在于，接入性能评估指标维度中，所述接入速率性能评估类别，包括用户体验速率、峰值速率和单星容量三个关键指标：

①用户体验速率指标，用于表示用户体验速率是指单位时间内用户获得MAC层用户面数据传送量；用于评估星座系统接入速率的用户速率性能；

②峰值速率指标，用于表示用户可以获得的最大业务速率；用于评估星座系统接入速率的系统速率性能；

③单星容量指标，用于表示用户链路传输速率和；用于评估星座系统的单星接入容量性能；

所述接入效率性能评估类别，包括接入阻塞率和接入链路利用率两个指标：

①接入阻塞率，用于表示在一定业务量条件下，因处理资源有限等原因而引起的接入网络失败概率；用于评估星座系统的接入资源调度性能；

②接入链路利用率，用于表示在一个周期中，最大窗口发送帧的发送时延与往返传输时延的比值；用于评估星座系统的接入资源的利用率性能。

4.如权利要求1所述的面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，其特征在于，承载性能评估指标维度中，所述承载能力性能指标类别，包括星座容量和端到端吞吐量两个性能指标：

①星座容量，用于表示整个卫星星座空间段传输的最大数据速率；用于评估星座系统空间段数据传输能力；

②端到端吞吐量，用于表示从地面站到用户之间能够传输的最大数据速率；用于评估星座系统端到端的数据传输能力。

5.如权利要求1所述的面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，其特征在于，服务性能评估指标维度中，所述系统时延性能评估类别，包括端到端时延和切换时延两个表征系统时延的指标：

①端到端平均时延，用于表示数据包从源端到目的端的传输时间；用于评估星座系统服务能力的平均时延性能；

②所述切换时延指标，用于表示移动终端与卫星波束间切换造成的时延；用于评估星座系统服务能力的切换时延性能；

所述服务连续性性能评估类别，包括切换成功率和掉话率两个表征系统的服务连续性的指标：

①切换成功率，用于表示切换成功的业务占总业务量的比例；用于评估星座系统面向数据业务的服务连续性性能；

②掉话率，用于表示由切换导致的移动通信应用中断的概率；用于评估星座系统面向移动通信业务的服务连续性性能；

所述传输成功率性能评估类别，包括丢包率指标，用于表示端到端数据包的丢失比率；用于评估星座系统的丢包率指标，表征系统的传输成功率性能。

6.如权利要求1所述的面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系，其特征在于，系统性能评估指标维度中，所述可靠性指标类别，包括星座可靠性和故障恢复时间两个指标：

①星座可靠性，用于表示星座系统故障时，用户服务质量的降低程度；用于评估星座系统的整体设计的可靠性性能；

②故障恢复时间指标，用于表示故障发生至完全恢复正常所需的时间；用于评估星座系统的故障处理系统的性能；

所述系统效率指标类别，包括单星效率和频谱效率两个指标：

①单星效率，用于表示单星平均服务速率与系统最大服务速率比值；用于评估星座系统的系统总体设计效率；

②频谱效率，用于表示单波束接入速率与波束带宽比值；用于评估星座系统的波束与频率系统效率。

7.一种应用如权利要求1～6任意一项所述的面向天地一体化网络的星座系统能力评估体系的面向天地一体化网络的星座系统能力评估系统，其特征在于，所述面向天地一体化网络的星座系统能力评估系统包括：

三大星座系统评估模块，用于进行卫星网络运动计算、卫星网络统计计算和卫星网络协议仿真；各模块获得所需网络参数数据及任务输入，对网络进行评估进而输出对应的指标评估结果；

卫星网络运动计算模块，用于获得星座设计参数，模拟卫星星座系统运动场景，计算网络拓扑参数以及星座覆盖在内的星座性能评估结果；

卫星网络统计计算系统，包含卫星接入需求计算、地面站部署计算、链路预算和建链规则四个模块；

卫星网络协议仿真系统，具有完整的网络协议栈，用于卫星星座系统的网络仿真，输出网络服务性能指标结果；其中，所述网络协议栈包括传输层协议、路由协议、接入协议、网络拓扑和物理层参量。

8.如权利要求7所述的面向天地一体化网络的星座系统能力评估系统，其特征在于，三大星座系统评估模块中，所述获得星座设计参数，模拟卫星星座系统运动场景，计算网络拓扑参数以及星座覆盖等星座性能评估结果，包括：

①输入星座数据库、单星参数和地面站集合在内的星座参数；

②输出星地可见性矩阵、卫星运动轨迹和星地距离矩阵在内的网络拓扑参数；

③输出全球覆盖率、信号覆盖率在内的星座系统的性能指标结果。

9.如权利要求7所述的面向天地一体化网络的星座系统能力评估系统，其特征在于，卫星网络统计计算系统中，所述卫星接入需求计算模块，包括业务需求速率和业务需求与接入速率比较器，用于计算卫星接入需求；所述最优地面站计算模块，包括服务覆盖率和蚁群算法，用于计算对应特定星座系统最优的地面站站址分布方案；所述链路预算模块，包括自由空间衰减模型、云衰模型和雨衰模型，用于模拟卫星星座系统运行过程中信号衰减过程；所述建链规则模块，包括极轨建链规则、倾斜轨建链规则和多层星座建链规则，用于建立不同的星座系统的运行规则，进而计算评估指标或指标评估所需的参数数据；

其中，所述输入卫星网络统计计算需要下列参数数据：

①业务需求分布，包括人口分布、语音通信业务、宽带通信业务和物联网业务在内的业务需求分布；

②通信系统参数，包括天线模型、星地空口、星间空口和频率规划；

③网络拓扑参数，包括星地可见性矩阵、卫星运动轨迹和星地距离矩阵；

所述输出星座系统的相应计算结果，包括：

①网络拓扑与速率集合，包括用户链路速率、星间链路速率、馈电链路速率和全网连通关系集合；

②星座系统性能指标评估结果，包括可靠性、单星效率、频谱效率、抗毁性和星座容量。

10.如权利要求7所述的面向天地一体化网络的星座系统能力评估系统，其特征在于，卫星网络协议仿真系统中，所述输出网络服务性能指标结果包括：

①输入网络拓扑与速率集合，包括用户链路速率、星间链路速率、馈电链路速率和全网连通关系集合；

②输出端到端时延、掉话率和丢包率在内的网络服务性能指标评估结果。

Images