CN114124190B - 一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，涉及卫星网络领域中的组网技术。本发明方法将巨型星座空间段网络分为可靠传输层、按需构建层和用户接入层，基于不同的功能层，满足面向不同类型用户、任务或业务的基于多层多轨道巨型星座的组网需求。

Description

一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法
技术领域
本发明涉及卫星网络领域中的组网技术，公开了一种适用于低轨卫星星座的承载网组网架构系统。
背景技术
国内外星座构型发展特点主要有两点，第一，星座规模不断扩大，早期的窄带通信系统，比如Iridium、Globalstar、Orbcomm系统，卫星数量都在几十颗左右，而近几年兴起的宽带互联网星座则由成百上千，乃至上万颗卫星组成，如Starlink、OneWeb、Telesat系统；第二，轨道层数和轨道类型不断增多，早期的低轨星座构型简单，采用典型的极轨或者Walker星座，而近期的星座构型更加复杂，如Starlink、Telesat星座系统均部署在不同高度的轨道上，少则2层，多则5层，并采用极轨、倾斜等不同的轨道倾角，以兼顾全球覆盖和重点覆盖中低纬度人口密集区。这类多层、多轨道融合星座可以重点覆盖中低纬度人口密集区和同时可兼顾全球覆盖，并且多层混合星座还具备增加用户隔离角降低干扰、分阶段部署、增加网络弹性、提高网络吞吐量等优势。
星座组网方式上也有两种，一种是星上透明转发依托关口站组网，如Globalstar、OneWeb等系统，该方式下卫星设计简单，但是实现全球服务需解决全球大规模布站的问题；一种是采用星间链路和星上处理进行空间组网，如Iridium、Starlink等系统，该方式卫星设计复杂，但能不依托全球布站实现全球通联。
然而，多层多轨道的低轨巨型星座给空间组网带来了极大的挑战，与单层单轨道的组网架构设计不同，多层多轨道的低轨巨型星座组网架构更复杂，单一的架构设计无法满足需求，需要将数量巨多、轨道类型多样、高度不同的卫星进行功能分类，设计适用于低轨巨型星座的多轨道融合超密组网架构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出了一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，可解决多层多轨道、数量巨多低轨星座组网场景下的组网问题。
本发明采用的技术方案为：
一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，低轨巨型星座由多种轨道、多种高度、多类拓扑构型的低轨子星座组成，其特征在于：将低轨巨型星座中的卫星分为接入层卫星和传输层卫星，接入层卫星用于为用户提供按需接入服务；传输层卫星用于为控制信令和业务提供高可靠的传输服务，传输层卫星之间设定固定星间链路；接入层卫星接入用户数据后，将其传送至传输层卫星处，由传输层卫星基于固定星间链路实现数据在低轨巨型星座内部的可靠传输。
其中，还包括按需层，按需层卫星用于为设定业务按需构建传输路径；接入层卫星接入用户数据后，将其传送至传输层卫星处或按需层卫星处，如果传送至传输层卫星，由传输层卫星基于固定星间链路实现数据在低轨巨型星座内部的可靠传输；如果传送至按需层卫星，由按需层卫星基于按需构建的星间链路实现数据在低轨巨型星座内部的可靠传输。
其中，还包括按需层，按需层卫星用于为设定业务按需构建传输路径，传输层卫星之间按需建立链路。
其中，接入层卫星基于全球按需无缝、多重覆盖的目标，从多层多轨道的低轨巨型星座中选取卫星节点。
其中，传输层卫星基于网络拓扑稳定，能提供稳态化传输路径为目标，从多层多轨道的低轨巨型星座中选取卫星节点；
其中，按需层卫星基于设定业务驱动，动态通过多路径约束条件按需从多层多轨道的巨型星座中选取卫星节点；
其中，设定业务为高速、低时延业务。
其中，多路径约束条件包括最小跳数、最低时延。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)现有低轨星座的组网架构仅针对十余、百余颗量级的低轨星座组网设计，不适合上千、上万级别的低轨巨型星座。在面向十余、百余颗量级的低轨星座组网架构中，空间段卫星载荷的功能和角色相对固定，根据不同的卫星体制设计，要么全星座所有卫星均承担路由交换功能，要么全星座所有卫星承担路由交换+接入功能。本发明设计的一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，可按照不同的功能需求和平台处理能力，可将数量众多的卫星进行不同的功能定位，分为可为全球用户提供按需接入服务的接入层卫星，可为用户提供常态化路径的可靠传输层卫星，可为特定业务按需提供实时建立传输路径的按需层卫星。根据不同的平台处理能力，可规划卫星实现不同的功能，比如：卫星可单独承担接入层、传输层和按需层的功能；卫星也可以同时承担接入层+传输层，或接入层+按需层的功能。
2)与现有技术不同，面向不同业务/任务需求的，新增具备按需层功能的卫星，该层卫星具备实时、动态、按需建立链路的能力，可满足高速、低时延等业务服务质量保障需求。
附图说明
图1是本发明的分层组网架构示意图。
具体实施方式
为了实现本发明，下面结合附图1进行进一步说明。图1是本发明的分层组网架构示意图。
参照图1，主要示意了一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，低轨巨型星座由多种轨道、多种高度、多类拓扑构型的低轨子星座组成，其特征在于：将低轨巨型星座中的卫星分为接入层卫星和传输层卫星，接入层卫星用于为用户提供按需接入服务；传输层卫星用于为控制信令和业务提供高可靠的传输服务，传输层卫星之间设定固定星间链路；接入层卫星接入用户数据后，将其传送至传输层卫星处，由传输层卫星基于固定星间链路实现数据在低轨巨型星座内部的可靠传输。
其中，还包括按需层，按需层卫星用于为设定业务按需构建传输路径；接入层卫星接入用户数据后，将其传送至传输层卫星处或按需层卫星处，如果传送至传输层卫星，由传输层卫星基于固定星间链路实现数据在低轨巨型星座内部的可靠传输；如果传送至按需层卫星，由按需层卫星基于按需构建的星间链路实现数据在低轨巨型星座内部的可靠传输。
其中，接入层卫星基于全球按需无缝、多重覆盖的目标，从多层多轨道的低轨巨型星座中选取卫星节点。
其中，传输层卫星基于网络拓扑稳定，能提供稳态化传输路径为目标，从多层多轨道的低轨巨型星座中选取卫星节点；
其中，按需层卫星基于设定业务驱动，动态通过多路径约束条件按需从多层多轨道的巨型星座中选取卫星节点；
其中，设定业务为高速、低时延业务。
其中，多路径约束条件包括最小跳数或最低时延。
本发明的上述各实施例，针对多层多轨道的低轨星座组网问题，独创了一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，该实施例将卫星节点进行功能分类，分为接入层、传输层和按需层，根据不同的平台处理能力，可规划卫星实现不同的功能，
本领域的普通技术人员可以理解：实现一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法可以通过程序指令相关的硬件或软件来完成，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤。

Claims (6)

1.一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，低轨巨型星座由多种轨道、多种高度、多类拓扑构型的低轨子星座组成，其特征在于：将低轨巨型星座中的卫星分为接入层卫星、传输层卫星和按需层卫星，接入层卫星用于为用户提供按需接入服务；传输层卫星用于为控制信令和业务提供高可靠的传输服务，传输层卫星之间设定固定星间链路；按需层卫星用于为设定业务按需构建传输路径；接入层卫星接入用户数据后，将其传送至传输层卫星处或按需层卫星处，如果传送至传输层卫星，由传输层卫星基于固定星间链路实现数据在低轨巨型星座内部的可靠传输；如果传送至按需层卫星，由按需层卫星基于按需构建的星间链路实现数据在低轨巨型星座内部的可靠传输。
2.如权利要求1所述的一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，其特征在于：接入层卫星基于全球按需无缝、多重覆盖的目标，从多层多轨道的低轨巨型星座中选取卫星节点。
3.如权利要求1所述的一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，其特征在于：传输层卫星基于网络拓扑稳定，能提供稳态化传输路径为目标，从多层多轨道的低轨巨型星座中选取卫星节点。
4.如权利要求1所述的一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，其特征在于：按需层卫星基于设定业务驱动，动态通过多路径约束条件按需从多层多轨道的巨型星座中选取卫星节点。
5.如权利要求4所述的一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，其特征在于：设定业务为高速、低时延业务。
6.如权利要求4所述的一种适用于低轨巨型星座的空间段分层组网方法，其特征在于：多路径约束条件包括最小跳数或最低时延。
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