CN114285458A - 卫星网络渐进式部署的地面仿真方法、系统、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卫星网络渐进式部署的地面仿真方法、系统、电子设备及存储介质。该卫星网络渐进式部署的地面仿真方法包括：基于卫星的运动轨迹和接口波束覆盖范围生成渐进式卫星网络的实时网络拓扑；对渐进式卫星网络进行网络链路模拟，以进行集中式管控；对渐进式卫星网络进行网络链路监测，以进行分布式管控。本发明可以较为完整地仿真卫星渐进式部署入网导致卫星拓扑变化、卫星周期性运动变化和随机故障导致的卫星拓扑变化，为集中式和分布式卫星网络管控提供有效的仿真支撑。

Description

卫星网络渐进式部署的地面仿真方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及基于卫星网络通信领域，尤其涉及一种卫星网络渐进 式部署的地面仿真方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术

近年来，SpaceX和Amazon相继推出Starlink和Kuiper卫星互联 网宽带服务，实现了普通人通过固定或移动的卫星接收设备即可畅联 全球的梦想。不仅如此，中国也积极开展卫星互联网的研究和建设工 作。中国航天科技和中国航天科工两大集团都启动了各自的低轨通信 项目“鸿雁星座”和“虹云工程”。此外，2020年11月06日，电子 科技大学发射了全球第一颗6G卫星，积极开展低轨卫星技术试验。中 国在2020年11月9日已经正式向国际电信联盟(ITU)申请12992颗 宽带通信卫星的轨道和无线频率资源。

空间卫星网络可以将网络拓展到海洋、山脉等地面网无法到达的 地方，具有有效分流地面流量、减轻地面回程网络拥塞的能力，能够 在地面网络设施被自然灾害破坏的时候，提供可靠的网络服务，成为 未来移动通信网络发展的重要方向。

然而，中国目前在卫星网络地面试验领域的技术思路和落地实施 方面，仍然依赖国外一些仿真和模拟系统。特别是在卫星网络构建试 验领域，基本都采用预先设计完整星座模型——地面验证——发射部 署的方式。但是实际上，卫星是一颗或一批发射部署的，国内目前已 经实际成熟落地的技术可达到一箭双星，建设覆盖全球的星座网络， 需要多次发射。由于星座的规模随着时间逐渐增大，不可能一开始就 设计好验证好，需要随着实际情况进行调整，因此卫星网络地面试验 方案与卫星实际的发射部署之间存在技术断层。

发明内容

本发明提供一种卫星网络渐进式部署的地面仿真方法、系统、电 子设备及存储介质，旨在解决卫星网络地面试验方案与卫星实际的发 射部署之间存在的技术断层，实现卫星渐进式部署入网以及网络规模 和拓扑的按需拓展，并且为集中式和分布式卫星网络管控提供有效的 仿真支撑。

具体地，本发明实施例提供了以下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供一种卫星网络渐进式部署的地面 仿真方法，包括：

基于卫星的运动轨迹和接口波束覆盖范围生成渐进式卫星网络的 实时网络拓扑；

对所述渐进式卫星网络进行网络链路模拟，以进行集中式管控；

对所述渐进式卫星网络进行网络链路监测，以进行分布式管控。

进一步地，该卫星网络渐进式部署的地面仿真方法还包括：

所述对所述渐进式卫星网络进行网络链路模拟，以进行集中式管 控，包括：

模拟所述卫星的故障；

生成与所述故障相对应的告警报文和告警恢复报文；并且

将所述告警报文和所述告警恢复报文发送到中央控制器，以重新 绘制所述渐进式卫星网络的实时网络拓扑。

进一步地，该卫星网络渐进式部署的地面仿真方法还包括：

所述对所述渐进式卫星网络进行网络链路监测，以进行分布式管 控，包括：

向所述卫星的邻居节点周期性发送监测报文；

确定是否从所述邻居节点接收到与所述监测报文相对应的响应报 文；

基于所述响应报文的接收确定信息，确定所述邻居节点的状态。

进一步地，该卫星网络渐进式部署的地面仿真方法还包括：

所述基于卫星的运动轨迹和接口波束覆盖范围生成渐进式卫星网 络的实时网络拓扑，包括：

规划卫星数量、轨道参数、卫星入网坐标；

基于所述轨道参数，确定卫星运行姿态；

基于所述卫星运行姿态，确定所述卫星的所述接口波束覆盖范围；

基于所述卫星的接口波束覆盖范围与所述卫星入网坐标，生成任 意两个卫星之间具有拓扑特征的链路；

基于所述任意两个卫星之间的距离和光速的比值，确定相应接口 的传输时延并进行配置，以生成由多个所述卫星构成的网络拓扑。

进一步地，该卫星网络渐进式部署的地面仿真方法还包括：

经由所述网络链路模拟得到的所述故障包括：周期性通断和随机 通断的故障中的至少一种。

进一步地，该卫星网络渐进式部署的地面仿真方法还包括：

所述基于所述响应报文的接收确定信息，确定所述邻居节点的状 态，包括：

若所述接收确定信息为是，则所述邻居节点的状态正常；

若所述接收确定信息为否，则再次发送所述监测报文，以再次确 定是否接收到所述邻居节点发送的所述响应报文，并进一步确定发送 所述监测报文的总次数是否超过预定循环阈值。

进一步地，该卫星网络渐进式部署的地面仿真方法还包括：

所述再次确定是否接收到所述邻居节点发送的所述响应报文，并 进一步确定发送所述监测报文的总次数是否超过预定循环阈值，包括：

若从所述邻居节点接收到所述响应报文并且发送所述监测报文的 总次数未超过所述预定循环阈值，则确定所述邻居节点始终连通；

若从所述邻居节点接收到所述响应报文并且发送所述监测报文的 总次数超过所述预定循环阈值，则确定所述邻居节点重新连通。

进一步地，该卫星网络渐进式部署的地面仿真方法还包括：

所述再次确定是否接收到所述邻居节点发送的所述响应报文，并 进一步确定发送所述监测报文的总次数是否超过预定循环阈值，还包 括：

若未从所述邻居节点接收到所述响应报文并且发送所述监测报文 的总次数超过所述预定循环阈值，则确定不存在所述邻居节点或所述 邻居节点断开连通；

若未从所述邻居节点接收到所述响应报文并且发送所述监测报文 的总次数未超过所述预定循环阈值，则再次发送所述监测报文，直到 确定所述邻居节点的状态为止。

进一步地，该卫星网络渐进式部署的地面仿真方法还包括：

基于虚拟容器技术，创建与所述卫星的数量相对应的虚拟节点；

使用时钟同步服务，同步每个已入网虚拟节点的时钟；

基于卫星节点的物理接口规划，创建多个虚拟接口，所述多个虚 拟接口分别指向相同轨道面的卫星、相邻轨道面的卫星。

进一步地，该卫星网络渐进式部署的地面仿真方法还包括：

基于WebGIS技术，3D展示所述卫星的轨道、所述卫星在所述轨 道上的实时运动和所述接口波束覆盖范围中的至少一种。

第二方面，本发明的实施例还提供一种卫星网络渐进式部署的地 面仿真系统，包括：

网络拓扑模块，用于基于卫星的运动轨迹和接口波束覆盖范围生 成渐进式卫星网络的实时网络拓扑；

集中式管控模块，用于对所述渐进式卫星网络进行网络链路模拟， 以进行集中式管控；

分布式管控模块，用于对所述渐进式卫星网络进行网络链路监测， 以进行分布式管控。

第三方面，本发明的实施例还提供一种电子设备，包括存储器、 处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序， 其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述卫星网络渐进式部 署的地面仿真方法的步骤。

第四方面，本发明的实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介 质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器 执行时实现上述卫星网络渐进式部署的地面仿真方法的步骤。

由上面技术方案可知，本发明实施例提供的一种用于卫星网络渐 进式部署的验证集中式和分布式管控方案的地面仿真方法与系统。本 发明采用基于星历的卫星网络拓扑生成、节点链路监测和故障模拟上 报三合一的架构，实现模拟星座拓扑实时变化，为集中式和分布式网 络管控提供必要的仿真支撑。本发明的优势之一是可实现卫星网络规 模灵活扩展，随着卫星节点分批发射部署，对发射结果产生的拓扑变 化、子网划分和对网络协议造成的影响提供有力的数据支撑。本发明 的另一个优势是可实现对卫星网络集中式和分布式管控能力的验证， 通过卫星自身主动产生告警和上报告警，实现网络的集中式管控，并 通过邻居监测查看一跳链路通断，实现网络的分布式管控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见 地，下面描述中的附图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为本发明一实施例提供的卫星网络渐进式部署的地面仿真方 法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的卫星网络渐进式部署拓扑计算流程 图；

图3为本发明一实施例提供的卫星网络拓扑生成流程示意图；

图4为本发明一实施例提供的极轨卫星越过极地后拓扑变化示意 图；

图5为本发明一实施例提供的卫星网络链路模拟流程图；

图6为本发明一实施例提供的卫星网络链路监测流程图；

图7为本发明一实施例提供的卫星网络渐进式部署的地面仿真系 统的结构示意图；以及

图8为本发明一实施例提供的电子设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明使用的各种术语或短语具有本领域普通技术人员公知的一 般含义，即便如此，本发明仍然希望在此对这些术语或短语作更详尽 的说明和解释。如果本文涉及的术语和短语有与公知含义不一致的， 则以本发明所表述的含义为准；并且如果在本申请中没有定义，则其 具有本领域普通技术人员通常理解的含义。

在卫星网络地面试验领域，特别是在卫星网络构建试验领域，现 有技术采用预先设计完整星座模型、地面验证、发射部署的方式，然 而但是实际上，卫星是一颗或一批发射部署的。由于星座的规模随着 时间逐渐增大，不可能一开始就设计好验证好完整星座模型，需要随 着实际情况进行调整，因此卫星网络地面试验方案与卫星实际的发射 部署之间存在技术断层。

针对于此，第一方面，本发明的一实施例提出一种卫星网络渐进 式部署的地面仿真方法

下面结合图1描述本发明的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法。

图1为本发明一实施例提供的卫星网络渐进式部署的地面仿真方 法的流程图。

在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式部署的地面仿 真方法可以包括以下步骤：

S1：基于卫星的运动轨迹和接口波束覆盖范围生成渐进式卫星网 络的实时网络拓扑；

S2：对渐进式卫星网络进行网络链路模拟，以进行集中式管控；

S3：对渐进式卫星网络进行网络链路监测，以进行分布式管控。

具体地，使用基于星历计算的星座构建方案，形成渐进式部署的 星座节点运动模型和网络拓扑模型

下面结合图2进一步描述本发明的卫星网络渐进式部署的地面仿 真方法中的S1。

图2为本发明一实施例提供的卫星网络渐进式部署拓扑计算流程 图。

针对S1，在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式部署 的地面仿真方法还可以包括：基于卫星的运动轨迹和接口波束覆盖范 围生成渐进式卫星网络的实时网络拓扑，包括：规划卫星数量、轨道 参数、卫星入网坐标；基于轨道参数，确定卫星运行姿态；基于卫星 运行姿态，确定卫星的接口波束覆盖范围；基于卫星的接口波束覆盖 范围与卫星入网坐标，生成任意两个卫星之间具有拓扑特征的链路； 基于任意两个卫星之间的距离和光速的比值，确定相应接口的传输时 延并进行配置，以生成由多个卫星构成的网络拓扑。

具体地，轨道参数包括但不限于以下中的一个或多个：轨道高度、 轨道倾角、轨道数量、轨道近地点角度、轨道间隔、偏心率、每轨道 卫星数量、轨道卫星运动速度等。然而，显而易见地，本发明不限于 此，本领域技术人员可以根据实际需要而配置更多不同的多维度轨道 参数以构建更多不同的卫星轨道模型。

下面以55颗极轨卫星为例来说明本发明方法与系统具体实施步骤。

首先，将55颗卫星编号为从SAT1到SAT55。此外，卫星采用分 批发射方式，第一次发射1颗卫星，后续每次发射5个卫星(SAT51 到SAT55)。其中，若卫星故障，则在其附近部署替换卫星，并使用 被替换卫星的编号。

其次，参照图2，针对卫星网络实时拓扑计算：以卫星SAT1为例， 最终发射到T1轨道的位置L1(其笛卡尔坐标为(x1,y1,z1))。基于上 述轨道参数中的一个或多个以及SAT1的初始化位置，计算SAT1在轨 道T1任意时刻的位置和姿态(即，卫星运行姿态)。进而根据每轨道 卫星数量，间接计算出轨道T1上部署的其他卫星与SAT1的直线距离 和姿态。接着，根据轨道间隔、倾角和相位差，计算出SAT1与相邻轨 道面在任意时刻能够产生网络连接的卫星。

经过上述步骤，即可计算出SAT1在任何时刻的单跳网络覆盖范围。 当然，该方法具备可扩展性，后续部署的卫星，仍然可基于该方法来 计算其实时位置和邻居信息，并与已计算的卫星组成单跳直连拓扑， 逐渐形成更大规模的拓扑。

下面结合图3进一步描述本发明的卫星网络渐进式部署的地面仿 真方法中的S1。

图3为本发明一实施例提供的卫星网络拓扑生成流程示意图。

针对S1，在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式部署 的地面仿真方法还可以包括：基于虚拟容器技术，创建与卫星的数量 相对应的虚拟节点；至少使用时钟同步服务，同步每个已入网虚拟节 点的时钟；基于卫星节点的物理接口规划，创建多个虚拟接口，多个 虚拟接口分别指向相同轨道面的卫星、相邻轨道面的卫星。

具体地，针对虚拟网络创建，基于SDN架构来管理星座网络，即 由统一的中央控制器管理所有已部署入网的卫星节点。每部署入网一 颗卫星，则使用虚拟容器技术创建一个虚拟节点，使用时钟同步服务 将每个已入网节点的时钟同步起来，并根据卫星节点的物理接口规划， 创建对应的东西南北四个虚拟接口，分别用于指向相同轨道面(南北) 的卫星和指向相邻轨道面(东西)的卫星。当其他卫星部署入网后， 中央控制器上述步骤统一计算得出的卫星节点之间在任意时刻的连接 关系，将卫星的接口与其他有拓扑关系的卫星接口通过网桥技术连接 在一起。最后，根据卫星之间的距离，计算出一跳网络时延，并配置卫星的虚拟接口网络时延参数。经过上述步骤，构建得到一个完整的 卫星网络虚拟环境(即，卫星网络拓扑)。

换句话说，添加卫星的初始入网坐标和轨道卫星运动速度，计算 出卫星在任意时刻所处的轨道位置，卫星部署成功后，创建其东西南 北四个接口，分别指向南北同轨道面其他卫星和相邻异轨道面其他卫 星。然后重复部署卫星的步骤，在任意空间轨道位置插入卫星节点， 实现卫星渐进式部署的仿真。通过中央控制器对这些卫星节点进行虚 拟化构建，并根据其接口波束的覆盖范围与其他节点的位置，生成一 跳实时拓扑。并且根据两个节点的距离和光速的比值，生成相应的接 口的传输时延并进行配置，进而可生成全网实时拓扑，并计算出任意 两点的端到端时延。

进一步地，在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式部 署的地面仿真方法还可以包括：基于WebGIS技术，3D展示卫星的轨 道、卫星在轨道上的实时运动和接口波束覆盖范围中的至少一种。

通过上述3D展示，既可直观的观测卫星在任意时刻的坐标，又可 直观地观测该卫星在任意时刻与同轨道面和相邻异轨道面是否存在连 通的邻居节点。

下面结合图4和图5进一步描述本发明的卫星网络渐进式部署的 地面仿真方法中的S2。

图4为本发明一实施例提供的极轨卫星越过极地后拓扑变化示意 图。

图5为本发明一实施例提供的卫星网络链路模拟流程图。

针对S2，在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式部署 的地面仿真方法还可以包括：模拟卫星的故障；生成与故障相对应的 告警报文和告警恢复报文；并且将告警报文和告警恢复报文发送到中 央控制器，以重新绘制渐进式卫星网络的实时网络拓扑。

进一步地，在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式部 署的地面仿真方法还可以包括：经由网络链路模拟得到的故障包括： 周期性通断和随机通断的故障中的至少一种。

具体地，由于卫星做近似圆周运动，卫星网络拓扑会发生周期性 变化。例如，极轨卫星在跨越极地之后，接口对端的卫星会发生反转。

更具体地，极轨卫星在越过极地地区后，相对位置会发生变化， 在此过程中，和直连邻居会的链路会断开。由于没有直连邻居，甚至 卫星本身的通信功能也会短暂关闭。

基于此实际情况，以SAT1为例，结合图4，假设SAT1与东边相 邻轨道面T2的SAT11、西边相邻轨道面T6的SAT51是直连邻居(逻 辑接口以“SAT1-东-SAT11”、“SAT1-西-SAT51”命名)。根据上述步骤 计算出的卫星实时位置信息可知，SAT1在t1时刻进入极地地区。此时， 将“SAT1-东-SAT11”和“SAT1-西-SAT51”接口关闭，模拟卫星链路断开。 当SAT1离开极地地区后，SAT1与SAT11和SAT51的相对位置发生变 化，邻接关系变为“SAT1-西-SAT11”“SAT1-东-SAT51”。此时卫星或接 口会进行短暂的关闭，并且当卫星发生随机接口状态down故障时，网 络拓扑都会发生临时性的变化。

进一步地，中央控制器根据SAT1进入和离开极地区域的时间片， 精准控制其接口的关闭和打开，以及与接口对端的连接关系(拓扑变 化)。

具体地，结合图5，当所有卫星经过一圈绕地运行后，即可计算出 每个卫星的单跳拓扑变化周期。由中央控制器实时计算和绘制拓扑变 化，形成动态变化的拓扑关系变化。基于此，在周期性控制卫星接口 打开关闭的同时，在系统界面中进一步增加人工随机打开关闭接口的 功能，用以模拟卫星的随机故障。在卫星接口执行关闭和打开操作时， 每个虚拟卫星构造特殊的告警和告警恢复报文，向中央控制器上报。 通过该步骤，实现集中式管理，为集中式路由协议的验证提供必要的 系统环境和技术支撑。

更具体地，结合表1，报文结构仅占用IP报文头的1个字节，前 四位用于标识该节点的告警/恢复的源接口信息，后四位用于标识告警 事件的编号。

0-3位	4-7位
		接口编号	告警事件编号

表1

换句话说，本申请采用故障生成和上报的方案，通过发送自定义 的故障报文，向中央控制器上报接口down告警，并且当接口恢复后， 向中央控制器上报接口up告警恢复。通过该策略，可实现集中式网络 控制，用于验证集中式网络协议。

下面结合图6进一步描述本发明的卫星网络渐进式部署的地面仿 真方法中的S3。

图6为本发明一实施例提供的卫星网络链路监测流程图。

针对S3，在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式部署 的地面仿真方法还可以包括：向卫星的邻居节点周期性发送监测报文； 确定是否接收到邻居节点发送的与监测报文相对应的响应报文；基于 响应报文的接收确定信息，确定邻居节点的状态。

进一步地，在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式部 署的地面仿真方法还可以包括：若接收确定信息为是，则邻居节点的 状态正常；若接收确定信息为否，则再次发送监测报文，以再次确定 是否接收到所述邻居节点发送的所述响应报文，并进一步确定发送监 测报文的总次数是否超过预定循环阈值。

具体地，在发送监测报文1之后未收到响应报文1的情况下，继 续发送监测报文2。

更具体地，在一个实施例中，周期性发送监测报文的间隔时段可 以为1秒。换句话说，监测报文的循环发送频率可以为1秒一次。此 外，在另一实施例中，周期性发送监测报文的间隔时段可以为1.5秒或 2秒。换句话说，监测报文的循环发送频率可以为1.5秒或2秒一次。 然而，本发明不限于此，本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动 的情况下可以根据实际应用需求或场景要求而设置不同的循环间隔时 段或频率。

更进一步地，在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式 部署的地面仿真方法还可以包括：若接收到邻居节点发送的响应报文 并且发送监测报文的总次数未超过预定循环阈值，则确定邻居节点始 终连通；若接收到邻居节点发送的响应报文并且发送监测报文的总次 数超过预定循环阈值，则确定邻居节点重新连通。

此外，在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式部署的 地面仿真方法还可以包括：若未接收到邻居节点发送的响应报文并且 发送监测报文的总次数超过预定循环阈值，则确定不存在邻居节点或 邻居节点断开连通；若未接收到邻居节点发送的响应报文并且发送监 测报文的总次数未超过预定循环阈值，则再次发送监测报文，直到确 定邻居节点的状态。

例如，在当前周期结束时刻仍未接收到邻居节点发送的与监测报 文相对应的响应报文并且发送监测报文的总次数超过预定循环阈值 (图6中简称为阈值)的情况下，可以确定不存在邻居节点或邻居节 点断开连通。

在上述实施例中，“当前周期”指从重新发送监测报文(例如， 第二次发送监测报文)至判断是否接收到相应响应报文以及判断发送 监测报文的总次数是否超过预定循环阈值的时间段。

在上述实施例中，需要进一步说明的是：首先，上述两个判断是 在当前周期的起始点(即，在重新发送监测报文时，例如在重新发送 第二监测报文时)经过预定间隔时段(如上所述，预定间隔时段可以 被设置成但不限于1秒、1.5秒或2秒。)的时刻同时完成的；其次， 在上述两个判断完成之后立即重新发送监测报文(例如，第三次发送 监测报文)。

再例如，在当前周期结束时刻未接收到邻居节点发送的与监测报 文相对应的响应报文并且发送监测报文的总次数未超过预定循环阈值 的情况下，可以再次发送监测报文(即，此时进入下一周期)，直到 确定邻居节点的状态是重新联通还是始终连通还是不存在或断开连通 为止。

在上述实施例中，“下一周期”指从再次重新发送监测报文(例 如，第三次发送监测报文)至判断是否接收到相应响应报文以及判断 发送监测报文的总次数是否超过预定循环阈值的时间段。

具体地，在第N次发送监测报文N之后未收到响应报文N，并且 N未超过预定循环阈值的情况下，继续发送监测报文N+1。

具体地，预定循环阈值可以被设置成8。然而，本发明不限于此， 预定循环阈值还可以被设置成9或10，并且本领域普通技术人员在不 付出创造性的劳动的情况下可以根据实际应用需求或场景要求而设置 不同的预定循环阈值。

换句话说，在本实施例中，连续多个监测报文(即，请求报文) 没有收到响应就认为链路故障或断开(即，不存在邻居节点或邻居节 点断开连通)。例如，连续发送8个监测报文(即，N＝8)无响应，则 认为链路故障或断开。

具体地，结合图6，邻居节点监测功能是指通过发送自定义的监测 报文，经由东西南北四个接口，向周围可能的邻居节点周期性发送监 测报文，并设置响应超时阈值——即，连续多个报文没有收到响应就 认为链路故障或断开。例如，连续最多8个报文无响应，则认为链路 故障或断开。

更具体地，若始终没有收到响应报文，则认为该接口没有对端节 点；若在其后的某个时间段收到响应报文，则认为对端节点从无到有。 若在其后的阈值时间内，收到响应报文，则认为邻居节点一直连通； 若在其后的阈值时间外还没有收到响应报文，则认为邻居节点断开。 通过该策略，可实现邻居节点间歇性通断变化的监测，进而可用于验 证分布式网络协议。

进一步地，结合表2，虚拟卫星节点在虚拟运动时，向邻居接口进 行网络探测，探测的报文结构仅占用IP报文头的1个字节，用于标识 该报文是链路检测报文以及报文的序号。报文的序号可以用来标识当 前发送或响应的是第几个报文，用以判断存在报文丢失或对端无响应 周期。

0-3位	4位	5-7位
			监测报文标识	请求/响应标识	报文序号

表2

综上所述，作为基于SDN架构的卫星网络仿真方法，本发明提出 的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法利用统一的管控系统管理每一 个入网的卫星节点，通过轨道高度、数量、倾角、初始位置等信息， 计算出任意卫星在任意时刻的空间坐标；通过接口的覆盖角，计算出 与同轨道和相邻轨道其他卫星的连接关系，进而生成完整的卫星网络 实时拓扑。通过本发明的方法，可实现卫星渐进式部署入网以及网络 规模和拓扑的按需拓展；通过支持卫星自身接口关闭/打开的告警上报 能力，提供用以验证集中式网络协议的卫星网络仿真拓扑环境。同时， 仿真环境支持每个卫星节点通过邻居检测修改一跳拓扑，进而提供了 用以验证分布式网络协议的卫星网络仿真拓扑环境。换句话说，本发 明可以较为完整地仿真卫星渐进式部署入网导致卫星拓扑变化、卫星 周期性运动变化和随机故障导致的卫星拓扑变化，为集中式和分布式 卫星网络管控提供有效的仿真支撑。

基于同样的发明构思，另一方面，本发明的一实施例提出一种系 统。

下面结合图7对本发明提供的系统进行描述，下文描述的卫星网 络渐进式部署的地面仿真系统与上文描述的卫星网络渐进式部署的地 面仿真方法可相互对应参照。本发明在方法层面，使用基于星历计算 的星座构建方案，形成渐进式部署的星座节点运动模型和网络拓扑模 型；在系统层面，使用基于SDN架构和虚拟容器技术，使用中央控制 器对虚拟卫星网络进行拓扑仿真。

图7为本发明一实施例提供的卫星网络渐进式部署的地面仿真系 统的结构示意图。

在本实施例中，需要说明的是，该卫星网络渐进式部署的地面仿 真系统1包括：网络拓扑单元10，用于基于卫星的运动轨迹和接口波束 覆盖范围生成渐进式卫星网络的实时网络拓扑；集中式管控单元20， 用于对渐进式卫星网络进行网络链路模拟，以进行集中式管控；分布 式管控单元30，用于对渐进式卫星网络进行网络链路监测，以进行分 布式管控。

由于本发明实施例提供的系统可以用于执行上述实施例所述的方 法，其工作原理和有益效果类似，故此处不再详述，具体内容可参见 上述实施例的介绍。

在本实施例中，需要说明的是，本发明实施例的系统中的各个单 元可以集成于一体，也可以分离部署。上述单元可以合并为一个单元， 也可以进一步拆分成多个子单元。

例如，从另一角度出发，本发明卫星网络渐进式部署的地面仿真 系统还可以被分成诸如以下的多个功能单元：星座管理单元，用于输 入轨道参数和卫星运动参数，计算生成每个卫星的运动轨迹和接口波 束的覆盖范围；虚拟卫星节点管理单元，对卫星和其接口进行仿真构 建、接口故障模拟、告警信息生成与上报和邻居监测；网络拓扑管理 单元，用于根据卫星运动轨迹和接口波束范围生成渐进式卫星网络实 时拓扑；以及网络参数管理单元，用于对卫星由于相对位置不同造成 的时延等网络参数不同进行实时配置。

又一方面，基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种 电子设备。

图8为本发明一实施例提供的电子设备的示意图。

在本实施例中，需要说明的是，该电子设备可以包括：处理器 (processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器 (memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存 储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行方法，该方法包括：基于卫星的运 动轨迹和接口波束覆盖范围生成渐进式卫星网络的实时网络拓扑；对 渐进式卫星网络进行网络链路模拟，以进行集中式管控；对渐进式卫 星网络进行网络链路监测，以进行分布式管控。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的 形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可 读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说 对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的 形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干 指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网 络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前 述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟 或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上 存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行方法， 该方法包括：基于卫星的运动轨迹和接口波束覆盖范围生成渐进式卫 星网络的实时网络拓扑；对渐进式卫星网络进行网络链路模拟，以进 行集中式管控；对渐进式卫星网络进行网络链路监测，以进行分布式 管控。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部 件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的 部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也 可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或 者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付 出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解 到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然 也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现 有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软 件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光 盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机， 服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所 述的方法。

此外，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来 将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或 者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且， 术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包 含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括 那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这 种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况 下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素 的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本发明中，参考术语“实施例”、“本实施例”、“又 一实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、 材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书 中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。 而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实 施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本 领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同 实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而 非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领 域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修 改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方 案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种卫星网络渐进式部署的地面仿真方法，其特征在于，包括：

基于卫星的运动轨迹和接口波束覆盖范围生成渐进式卫星网络的实时网络拓扑；

对所述渐进式卫星网络进行网络链路模拟，以进行集中式管控；

对所述渐进式卫星网络进行网络链路监测，以进行分布式管控。

2.根据权利要求1所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法，其特征在于，所述对所述渐进式卫星网络进行网络链路模拟，以进行集中式管控，包括：

模拟所述卫星的故障；

生成与所述故障相对应的告警报文和告警恢复报文；并且

将所述告警报文和所述告警恢复报文发送到中央控制器，以重新绘制所述渐进式卫星网络的实时网络拓扑。

3.根据权利要求1所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法，其特征在于，所述对所述渐进式卫星网络进行网络链路监测，以进行分布式管控，包括：

向所述卫星的邻居节点周期性发送监测报文；

确定是否接收到所述邻居节点发送的与所述监测报文相对应的响应报文；

基于所述响应报文的接收确定信息，确定所述邻居节点的状态。

4.根据权利要求1所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法，其特征在于，所述基于卫星的运动轨迹和接口波束覆盖范围生成渐进式卫星网络的实时网络拓扑，包括：

规划卫星数量、轨道参数、卫星入网坐标；

基于所述轨道参数，确定卫星运行姿态；

基于所述卫星运行姿态，确定所述卫星的所述接口波束覆盖范围；

基于所述卫星的接口波束覆盖范围与所述卫星入网坐标，生成任意两个卫星之间具有拓扑特征的链路；

基于所述任意两个卫星之间的距离和光速的比值，确定相应接口的传输时延并进行配置，以生成由多个所述卫星构成的网络拓扑。

5.根据权利要求2所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法，其特征在于，经由所述网络链路模拟得到的所述故障包括：周期性通断和随机通断的故障中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法，其特征在于，所述基于所述响应报文的接收确定信息，确定所述邻居节点的状态，包括：

若所述接收确定信息为是，则所述邻居节点的状态正常；

若所述接收确定信息为否，则再次发送所述监测报文，以再次确定是否接收到所述邻居节点发送的所述响应报文，并进一步确定发送所述监测报文的总次数是否超过预定循环阈值。

7.根据权利要求6所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法，其特征在于，所述再次确定是否接收到所述邻居节点发送的所述响应报文，并进一步确定发送所述监测报文的总次数是否超过预定循环阈值，包括：

若接收到所述邻居节点发送的所述响应报文并且发送所述监测报文的总次数未超过所述预定循环阈值，则确定所述邻居节点始终连通；

若接收到所述邻居节点发送的所述响应报文并且发送所述监测报文的总次数超过所述预定循环阈值，则确定所述邻居节点重新连通。

8.根据权利要求6所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法，其特征在于，所述再次确定是否接收到所述邻居节点发送的所述响应报文，并进一步确定发送所述监测报文的总次数是否超过预定循环阈值，还包括：

若未接收到所述邻居节点发送的所述响应报文并且发送所述监测报文的总次数超过所述预定循环阈值，则确定不存在所述邻居节点或所述邻居节点断开连通；

若未接收到所述邻居节点发送的所述响应报文并且发送所述监测报文的总次数未超过所述预定循环阈值，则再次发送所述监测报文，直到确定所述邻居节点的状态为止。

9.根据权利要求4所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

基于虚拟容器技术，创建与所述卫星的数量相对应的虚拟节点；

使用时钟同步服务，同步每个已入网虚拟节点的时钟；

基于卫星节点的物理接口规划，创建多个虚拟接口，所述多个虚拟接口分别指向相同轨道面的卫星、相邻轨道面的卫星。

10.根据权利要求9所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

基于WebGIS技术，3D展示所述卫星的轨道、所述卫星在所述轨道上的实时运动和所述接口波束覆盖范围中的至少一种。

11.一种卫星网络渐进式部署的地面仿真系统，其特征在于，包括：

网络拓扑单元，用于基于卫星的运动轨迹和接口波束覆盖范围生成渐进式卫星网络的实时网络拓扑；

集中式管控单元，用于对所述渐进式卫星网络进行网络链路模拟，以进行集中式管控；

分布式管控单元，用于对所述渐进式卫星网络进行网络链路监测，以进行分布式管控。

12.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-10任一项所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法的步骤。

13.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-10任一项所述的卫星网络渐进式部署的地面仿真方法的步骤。

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