CN116208225B - 一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法及系统，包括：构建基于调制反射的卫星通信网络，并基于所述卫星通信网络，构建多个通过预设网络编码方式进行卫星通信的预设基础结构；基于多个预设基础结构，并对卫星通信网络进行结构拆分，得到至少一种包含至少一个卫星网络基础结构的第一拆分方式，并基于预设网络编码方式，获取每种第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长；在所有的总传输时长中，将满足预设条件的总传输时长所对应的第一拆分方式确定为目标拆分方式，以通过目标拆分方式对应的每个预设基础结构进行卫星数据传输。本发明提高了卫星通信系统的吞吐量。

Description

一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法及系统

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法及系统。

背景技术

在激光通信中，逆向调制反射技术是一种非对称激光通信链路，与传统激光通信不同的是，调制反射器(Modulated-Retro Reflector，MRR)仅需要一端的瞄准捕获跟踪(Pointing，Acquisition and Tracking，PAT)，另一端是角反射器或具有猫眼效应的调制反射系统。调制反射器较传统激光通信终端具有更低的SWaP值，适合在微小卫星平台上使用。当两颗卫星相距较远而无法进行直接通信时，可以借助中继卫星对信号进行转发。在网络编码技术中，特别是物理层网络编码(physical layer network coding，PNC)技术能够在中继节点对接收的叠加信号进行映射，从而降低双向中继系统的通信时间。在基于MRR的卫星网络中使用PNC技术，有望提高网络的吞吐量等性能。

在现有技术中，①仅针对传统的微波通信系统进行了设计，只考虑了地面通信系统以及单个中继的方案。②没有考虑如何在更多节点的网络系统中使用PNC，不适用于多点卫星组网，且没有考虑网络层的网络编码方案。③仅针对使用MRR的卫星网络中的通信协议进行了设计，没有考虑使用PNC技术来对网络系统的性能进行提升。

因此，亟需提供一种技术方案解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法及系统。

本发明的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的技术方案如下：

构建包含多个作为骨干网络层的第一卫星和多个作为数据采集层的第二卫星的卫星通信网络，并基于所述卫星通信网络，构建多个通过预设网络编码方式进行卫星通信的预设基础结构；其中，任一第一卫星上设置一个调制反射器、两个发射机和一个接收机，任一第二卫星上设置一个调制反射器和一个接收机；

基于多个预设基础结构，对所述卫星通信网络进行结构拆分，得到至少一种包含至少一个卫星网络基础结构的第一拆分方式，并基于所述预设网络编码方式，获取每种第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长；其中，任一预设基础结构包括：至少一个中继节点、至少两个端节点和多个预设数据流，任一端节点通过该端节点对应卫星上所设置的调制反射器发射卫星数据；任一中继节点为第一卫星，任一端节点为第一卫星或第二卫星；

在所有的总传输时长中，将满足预设条件的总传输时长所对应的第一拆分方式确定为目标拆分方式，以通过所述目标拆分方式对应的每个预设基础结构进行卫星数据传输。

本发明的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的有益效果如下：

本发明的方法通过在卫星通信中采用网络编码和调制反射技术，并根据卫星网络通信中的数据流对卫星网络结构进行拆分，提高了卫星通信系统的吞吐量。

在上述方案的基础上，本发明的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法还可以做如下改进。

进一步，当所述预设网络编码方式为物理层网络编码方式时，基于所述预设网络编码方式，获取任一第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长的步骤，包括：

基于所述物理层网络编码方式，获取所述任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第一传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第一传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

进一步，通过物理层网络编码方式进行卫星数据传输的过程为：

基于任一预设数据流的传输方向，通过该预设数据流对应的预设基础结构的两个端节点同时向该预设基础结构的中继节点发射卫星数据，以使该中继节点对两个端节点所发送的卫星数据的叠加值进行映射处理，得到目标映射数据，并将所述第一异或数据分别发送至每个端节点，以使每个端节点根据所述目标映射数据和该端节点所发送的卫星数据得到该预设数据流对应的卫星传输数据；其中，映射处理方式包括：数据异或处理和数据叠加放大处理；当所述映射方式为所述数据异或处理时，所述目标映射数据为：目标异或数据；当所述映射方式为所述数据叠加放大处理，所述目标映射数据为：目标叠加数据。

进一步，当所述预设网络编码方式为网络层网络编码方式时，基于所述预设网络编码方式，获取任一第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长的步骤，包括：

基于所述网络层网络编码方式，获取所述任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第二传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第二传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

进一步，通过网络层网络编码方式进行卫星数据传输的过程为：

基于任一预设数据流的传输方向，通过该预设数据流对应的预设基础结构的一个端节点向该预设基础结构的中继节点发射第一卫星数据，并通过该预设基础结构的另一端节点向该中继节点发射第二卫星数据，以使该中继节点将所述第一卫星数据和所述第二卫星数据进行异或处理，得到并将第一异或数据分别发送至该预设基础结构的两个端节点，以使该预设基础结构的每个端节点根据所述第一异或数据和该端节点所发送的卫星数据得到该预设数据流对应的卫星传输数据。

进一步，所述预设条件为：传输时长最短。

本发明的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信系统的技术方案如下：

包括：构建模块、处理模块和运行模块；

所述构建模块用于：构建包含多个作为骨干网络层的第一卫星和多个作为数据采集层的第二卫星的卫星通信网络，并基于所述卫星通信网络，构建多个通过预设网络编码方式进行卫星通信的预设基础结构；其中，任一第一卫星上设置一个调制反射器、两个发射机和一个接收机，任一第二卫星上设置一个调制反射器和一个接收机；

所述处理模块用于：基于多个预设基础结构，对所述卫星通信网络进行结构拆分，得到至少一种包含至少一个卫星网络基础结构的第一拆分方式，并基于所述预设网络编码方式，获取每种第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长；其中，任一预设基础结构包括：至少一个中继节点、至少两个端节点和多个预设数据流，任一端节点通过该端节点对应卫星上所设置的调制反射器发射卫星数据；任一中继节点为第一卫星，任一端节点为第一卫星或第二卫星；

所述运行模块用于：在所有的总传输时长中，将满足预设条件的总传输时长所对应的第一拆分方式确定为目标拆分方式，以通过所述目标拆分方式对应的每个预设基础结构进行卫星数据传输。

本发明的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信系统的有益效果如下：

本发明的系统通过在卫星通信中采用网络编码和调制反射技术，并根据卫星网络通信中的数据流对卫星网络结构进行拆分，提高了卫星通信系统的吞吐量。

在上述方案的基础上，本发明的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信系统还可以做如下改进。

进一步，当所述预设网络编码方式为物理层网络编码方式时，所述处理模块具体用于：

基于所述物理层网络编码方式，获取所述任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第一传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第一传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

进一步，通过物理层网络编码方式进行卫星数据传输的过程为：

基于任一预设数据流的传输方向，通过该预设数据流对应的预设基础结构的两个端节点同时向该预设基础结构的中继节点发射卫星数据，以使该中继节点对两个端节点所发送的卫星数据的叠加值进行映射处理，得到目标映射数据，并将所述第一异或数据分别发送至每个端节点，以使每个端节点根据所述目标映射数据和该端节点所发送的卫星数据得到该预设数据流对应的卫星传输数据；其中，映射处理方式包括：数据异或处理和数据叠加放大处理；当所述映射方式为所述数据异或处理时，所述目标映射数据为：目标异或数据；当所述映射方式为所述数据叠加放大处理，所述目标映射数据为：目标叠加数据。

进一步，当所述预设网络编码方式为网络层网络编码方式时，所述处理模块具体用于：

基于所述网络层网络编码方式，获取所述任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第二传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第二传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

附图说明

图1示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例的流程示意图；

图2示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中卫星通信网络的结构示意图；

图3示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中物理层网络编码方式对应的预设基础结构的第一流程示意图；

图4示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中物理层网络编码方式对应的预设基础结构的第二流程示意图；

图5示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中物理层网络编码方式对应的预设基础结构的第三流程示意图；

图6示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中物理层网络编码方式对应的预设基础结构的第四流程示意图；

图7示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中物理层网络编码方式对应的预设基础结构的第五流程示意图；

图8示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中物理层网络编码方式对应的预设基础结构的第六流程示意图；

图9示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中物理层网络编码方式对应的第一实例示意图；

图10示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中物理层网络编码方式对应的第二实例示意图；

图11示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中物理层网络编码方式对应的第三实例示意图；

图12示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中网络层网络编码方式对应的第一实例示意图；

图13示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中网络层网络编码方式对应的第二实例示意图；

图14示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中物理层网络编码方式对应的包含多个中继节点的流程示意图；

图15示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信系统的实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例的流程示意图。如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤110：构建包含多个作为骨干网络层的第一卫星和多个作为数据采集层的第二卫星的卫星通信网络，并基于所述卫星通信网络，构建多个通过预设网络编码方式进行卫星通信的预设基础结构。

其中，①如图2所示，卫星通信网络中包括：骨干网络层和数据采集层。②任一第一卫星上设置一个调制反射器、两个发射机和一个接收机，任一第二卫星上设置一个调制反射器和一个接收机。

需要说明的是，①骨干网络层的第一卫星可以向其他卫星发送数据或者接收其他卫星发送的数据。由于拥有2套发射机，骨干网络层中的卫星可以同时与2颗其他的卫星进行数据传输，从而具备了实现物理层网络编码的能力。②数据采集层的卫星由于仅设置了一个调制反射器，因此不具备进行主动发射数据的能力，在卫星通信过程中，必须借助骨干网络层的卫星对数据进行转发。③各个节点之间均使用激光通信，因此只能进行点对点的数据传输，而无法进行广播。④各个端节点只能直接与中继节点进行通信。例如，如果端节点为数据采集层卫星，由于它使用了调制反射器，只能进行被动式的数据发送，而没有主动发射数据的能力，因此必须借助骨干网络层卫星发射的询问光束，也即只能先与中继节点进行通信；或者端节点为骨干网络层卫星，虽然可以主动发射数据，但是由于距离较远等因素，无法与其他端节点进行直接通信，只能利用中继节点进行数据的转发。⑤卫星通信的过程中可以存在多个中继节点，即端节点的数据可以经过多次转发达到目标处的端节点。

步骤120：基于多个预设基础结构，对所述卫星通信网络进行结构拆分，得到至少一种包含至少一个卫星网络基础结构的第一拆分方式，并基于所述预设网络编码方式，获取每种第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长。

其中，①任一预设基础结构包括：至少一个中继节点、至少两个端节点和多个预设数据流，任一端节点通过该端节点对应卫星上所设置的调制反射器发射卫星数据。②任一中继节点为第一卫星，任一端节点为第一卫星或第二卫星。③预设基础结构的类型包括但不限于：一个中继节点和两个端节点所组成的卫星网络基础结构、一个中继节点和三个端节点所组成的卫星网络基础结构、一个中继节点和四个端节点所组成的卫星网络基础结构、一个中继节点和五个端节点所组成的卫星网络基础结构等等。④预设网络编码方式包括：物理层网络编码方式和网络层网络编码方式。

需要说明的是，①任一端节点的卫星数据可以是由其他节点转发而来的(此时要求该端节点必须是骨干网络层的卫星)，即数据虽然在该任一端节点对应的卫星网络基础结构中只考虑了一个中继转发，但实际上它可能经过了多个中继节点。②由于每个骨干网络层的卫星均安装有两套发射机和一套接收机，因此可以进行如下三种通信过程：1)同时向两个其他的卫星发送数据；2)同时接收两个数据采集层卫星的数据(得到两个卫星数据的异或值)；3)分别对两个卫星进行发送和接收(一个发射机发送数据，另一个发送机发射询问光束，并用接收机得到对应的调制反射的数据)。

步骤130：在所有的总传输时长中，将满足预设条件的总传输时长所对应的第一拆分方式确定为目标拆分方式，以通过所述目标拆分方式对应的每个预设基础结构进行卫星数据传输。

其中，①预设条件为：传输时长最短。②目标拆分方式为：进行卫星传输的总传输时长最短的拆分方式。

较优地，当所述预设网络编码方式为物理层网络编码方式时，基于所述预设网络编码方式，获取任一第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长的步骤，包括：

基于所述物理层网络编码方式，获取所述任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第一传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第一传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

其中，①通过物理层网络编码方式进行卫星数据传输的过程为：基于任一预设数据流的传输方向，通过该预设数据流对应的预设基础结构的两个端节点同时向该预设基础结构的中继节点发射卫星数据，以使该中继节点对两个端节点所发送的卫星数据的叠加值进行映射处理，得到目标映射数据，并将所述第一异或数据分别发送至每个端节点，以使每个端节点根据所述目标映射数据和该端节点所发送的卫星数据得到该预设数据流对应的卫星传输数据；其中，映射处理方式包括：数据异或处理和数据叠加放大处理；当所述映射方式为所述数据异或处理时，所述目标映射数据为：目标异或数据；当所述映射方式为所述数据叠加放大处理，所述目标映射数据为：目标叠加数据。②第一传输时长为：每个卫星网络基础结构采用物理层网络编码进行卫星数据传输时所用的总时长。

需要说明的是，物理层网络编码方式的映射处理方式，除上述两种(数据异或处理和数据叠加方法处理)外，还可以采用其他的映射方式，在此不过多赘述。

具体地，物理层网络编码方式对应的预设基础结构至少包括以下几种类型(以下几种类型均默认端节点是以被动的方式进行数据传输，即利用询问光束。也可以采用主动发送数据的方式，在此不过多赘述)：

①当预设基础结构由一个中继节点和两个端节点构成时，如图3所示，数据流向为A→B，B→A。图3中的圆圈表示中继节点(R)，方框表示端节点(A和B)，虚线表示两个卫星之间有连接，即可以直接进行通信。在第一个时隙，中继节点首先利用两套发射机分别向两个端节点发射询问光束，两个端节点利用接收到的询问光束进行数据调制，并将带有数据的光束反射回中继节点。两个反射的光束在中继节点处的接收机进行了自然叠加后被接收。中继节点对叠加后的信号进行解调和映射，得到两个端节点数据的异或值A⊕B。在第二个时隙，中继节点利用两套发射机分别向两个端节点发射上一时隙得到的异或值。端节点接收到该异或值后，利用自身的数据，即可得到另一端节点要发送的数据。以上步骤完成了卫星数据的传输过程，共使用了两个时隙(相当于两个预设时长)。

需要说明的是，若端节点A和B为数据采集层的卫星，即需要利用中继节点的询问光束来发送数据。若端节点A和B为骨干网络层的卫星，此时的通信过程与上述过程基本一致，只是发送数据的方式由被动式的调制反射变为了主动发射数据。此外，发送的数据也可以是由其他节点转发而来的，不一定是自身产生的数据，也就是说，图中的端节点本身也可以是一个中继节点，只是在这个预设基础结构中作为了端节点。

②当预设基础结构由一个中继节点和三个端节点构成时，如图4所示，数据流向为A→B，B→C。图4中的圆圈表示中继节点(R)，方框表示端节点(A、B和C)。在第一个时隙，端节点A、B利用中继节点R发来的询问光束向R发送数据A和B，并在R处得到它们的异或值A⊕B。在第二个时隙，R使用一个发射机将A⊕B发送给B，用另一个发射机向节点A发射询问光束并得到数据A；节点R得到数据A后利用上一时隙的A⊕B可以得到数据B，节点B接收到数据A⊕B后利用自身的数据B可以得到数据A。在第三个时隙，节点R将数据B发送给C。以上步骤完成了数据的传输过程，使用了三个时隙(相当于三个预设时长)。

③此外，如图5所示，当数据流向为：A→B，B→C，C→A时，在第一个时隙，端节点A、B利用中继节点R发来的询问光束向R发送数据A和B，并在R处得到它们的异或值A⊕B。在第二个时隙，A、C向R发送数据A和C，并在R处得到它们的异或值A⊕C。在第三个时隙，R将A⊕B发送给B和C，B接收到后利用自身的数据B可以得到数据A。在第四个时隙，R将A⊕C发送给A和C，A接收到后利用自身的数据A可以得到数据C，C接收到后利用自身的数据C和上一时隙得到的A⊕B可以得到数据B。以上步骤完成了数据的传输过程，使用了四个时隙(相当于四个预设时长)。

④此外，如图6所示，当数据流向为：A→B，B→C，C→B时，该过程与上一个过程类似，共需四个时隙(相当于四个预设时长)。

⑤当预设基础结构由一个中继节点和四个端节点构成时，如图7所示，数据流向为A→B，B→D。图7中的圆圈表示中继节点(R)，方框表示端节点(A、B、C和D)。在第一个时隙，端节点A、B利用中继节点R发来的询问光束向R发送数据A和B，并在R处得到它们的异或值A⊕B。在第二个时隙，R使用一个发射机将A⊕B发送给D，用另一个发射机向节点A发射询问光束并得到数据A。在第三个时隙，节点R将数据A发送给D和C；D接收到后利用上一时隙得到的A⊕B可以得到数据B。以上步骤完成了数据的传输过程，使用了三个时隙(相当于三个预设时长)。

⑥当预设基础结构由一个中继节点和六个端节点构成时，如图8所示，数据流向为A→B，B→E，C→F。图8中的圆圈表示中继节点(R)，方框表示端节点(A、B、C、D、E和F)。在第一个时隙，端节点A、B利用中继节点R发来的询问光束向R发送数据A和B，并在R处得到它们的异或值A⊕B。在第二个时隙，R使用一个发射机将A⊕B发送给D，用另一个发射机向节点C发射询问光束并得到数据C。在第三个时隙，R将数据C发送给F，用另一个发射机向节点B发射询问光束并得到数据B。在第四个时隙，R将数据B发送给D和E，D接收到后利用第二个时隙得到的A⊕B可以得到数据A。以上步骤完成了数据的传输过程，使用了四个时隙(相当于四个预设时长)。

需要说明的是，物理层网络编码方式对应的预设基础结构不仅限于上面的六种，还可以有其他节点数的情况，它们的具体通信过程与上述的六种基础结构类似，在此不过多赘述。

对于步骤120，采用如图9和如图10所示的例子对物理层网络编码方式进行说明。图9示出了一个五节点的卫星通信网络，虚线表示两个卫星之间有连接，且已知该网络中的数据流向是：A→C，C→A，B→D，D→B(即A和C互相交换数据，B和D互相交换数据)。对于该网络，可以将其拆分为两个三节点的预设基础结构(如图10所示)，即A-R-C和B-R-D。在传输数据时，只需分别按照每个预设基础结构中的方式进行通信，即可完成整个网络中的数据传输。对于所示的卫星通信网络，完成数据传输共需要2+2＝4个时隙。

对于步骤130，采用如图11所示的例子对物理层网络编码方式进行说明。图11示出了另一个五节点的卫星通信网络，已知数据流向为A→C，C→D，B→D，D→B。该卫星通信网络有两种拆分方式，如上图所示。对于拆分方式1，共需要3+2＝5个时隙；而对于拆分方式2，共需要3+3＝6个时隙。因此拆分方式1是一种更优的方式，应将拆分方式1确定为目标拆分方式。

较优地，当所述预设网络编码方式为网络层网络编码方式时，基于所述预设网络编码方式，获取任一第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长的步骤，包括：

基于所述网络层网络编码方式，获取所述任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第二传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第二传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

其中，①通过网络层网络编码方式进行卫星数据传输的过程为：基于任一预设数据流的传输方向，通过该预设数据流对应的预设基础结构的一个端节点向该预设基础结构的中继节点发射第一卫星数据，并通过该预设基础结构的另一端节点向该中继节点发射第二卫星数据，以使该中继节点将所述第一卫星数据和所述第二卫星数据进行异或处理，得到并将第一异或数据分别发送至该预设基础结构的两个端节点，以使该预设基础结构的每个端节点根据所述第一异或数据和该端节点所发送的卫星数据得到该预设数据流对应的卫星传输数据。②第一传输时长为：每个卫星网络基础结构采用网络层网络编码进行卫星数据传输时所用的总时长。

具体地，对于网络层网络编码方式，以一个五节点的卫星通信网络为例。如图12所示，网络层网络编码方式对应的预设基础结构中的四个端节点(记为A，B，C，D)需要利用中继节点(记为R)进行数据传输，且端节点只能与中继节点进行直接通信。该预设基础结构中的数据流向为：A→C，C→A，B→D，D→B(即A和C互相交换数据，B和D互相交换数据)。该示例中，如图13所示，使用网络层网络编码方式进行卫星数据通信的过程如下：

在第一个时隙，端节点A利用中继节点R发来的询问光束向R发送数据A。在第二个时隙，端节点C利用中继节点R发来的询问光束向R发送数据C。在R处分别得到数据A和C后得到它们的异或值A⊕C。在第三个时隙，R将A⊕C发送给A和C，A接收到后利用自身的数据A可以得到数据C，C接收到后利用自身的数据C可以得到数据A。在第四个时隙，端节点B利用中继节点R发来的询问光束向R发送数据B。在第五个时隙，端节点D利用中继节点R发来的询问光束向R发送数据D。在R处分别得到数据B和D后得到它们的异或值B⊕D。在第六个时隙，R将B⊕D发送给B和D，B接收到后利用自身的数据B可以得到数据D，D接收到后利用自身的数据D可以得到数据B。以上步骤完成了数据的传输过程，使用了六个时隙(相当于六个预设时长)。

需要说明的是，在上述示例中，使用网络层网络编码方式进行数据传输共需要6个时隙；使用物理层网络编码方式仅需使用4个时隙；而采用传统的点对点通信方案则需要8个时隙。因此，网络层网络编码的方式相较于传统的通信方式，能够提升系统的吞吐量，而物理层网络编码方案更优；但是网络层网络编码不需要处理物理层叠加的信号，只需要单独接收数据，因此信号处理的复杂度更低。

此外，本实施例也适用于多个中继节点的卫星通信网络。如图14所示(物理层网络编码方式)，其预设基础结构的预设数据流为：A→B，B→A。其中两个端节点A和B需要通过两个中继节点R1和R2进行数据交换，端节点A和B都是数据采集层的卫星，需要利用中继节点R1和R2发射的询问光束进行数据传输。其中，A和B之间有多组数据需要交换，记A需要向B发送的数据为A₀、A₁、A₂、…，B向A发送B₀、B₁、B₂、…。具体的通信过程如下：

在第一个时隙，端节点A利用中继节点R1发来的询问光束向R1发送数据A₀。在第二个时隙，端节点B利用中继节点R2发来的询问光束向R2发送数据B₀，R1将A0发送至R2。在R2处得到它们的异或值A₀⊕B₀。在第三个时隙，R2将A₀⊕B₀发送给R1和B，同时端节点A利用R1发来的询问光束向R1发送数据A₁。端节点B接收到A₀⊕B₀后利用自身的数据B₀得到A₀；中继节点R1接收到A₀⊕B₀⊕A₁，并利用第一个时隙接收到的数据的A₀得到B₀⊕A₁。在第四个时隙，R1将B₀⊕A₁发送给A和R2，同时端节点B利用R2发来的询问光束向R2发送数据B₁。端节点A接收到B₀⊕A₁后利用自身的数据A₁得到B₀；中继节点R2接收到B₀⊕A₁⊕B₁。在第五个时隙，R2将B₀⊕A₁⊕B₁发送给R1和B，同时端节点A利用R1发来的询问光束向R1发送数据A₂。端节点B接收到B0⊕A₁⊕B₁后利用自身的数据B₀和B₁得到A₁；中继节点R1接收到B₀⊕A₁⊕B₁⊕A₂，并利用第三个时隙接收到的数据的B₀⊕A₁得到B₁⊕A₂。在第六个时隙，R1将B₁⊕A₂发送给A和R2，同时端节点B利用R2发来的询问光束向R2发送数据B₂。端节点A接收到B₁⊕A₂后利用自身的数据A₂得到B₁；中继节点R2接收到B₁⊕A₂⊕B₂。后续时隙的通信过程与上面类似，在此不过多赘述。

本实施例的技术方案通过在卫星通信中采用网络编码和调制反射技术，并根据卫星网络通信中的数据流对卫星网络结构进行拆分，提高了卫星通信系统的吞吐量。

图15示出了本发明提供的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信系统的实施例的结构示意图。如图15所示，该系统200包括：构建模块210、处理模块220和运行模块230。

所述构建模块210用于：构建包含多个作为骨干网络层的第一卫星和多个作为数据采集层的第二卫星的卫星通信网络，并基于所述卫星通信网络，构建多个通过预设网络编码方式进行卫星通信的预设基础结构；其中，任一第一卫星上设置一个调制反射器、两个发射机和一个接收机，任一第二卫星上设置一个调制反射器和一个接收机；

所述处理模块220用于：基于多个预设基础结构，对所述卫星通信网络进行结构拆分，得到至少一种包含至少一个卫星网络基础结构的第一拆分方式，并基于所述预设网络编码方式，获取每种第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长；其中，任一预设基础结构包括：至少一个中继节点、至少两个端节点和多个预设数据流，任一端节点通过该端节点对应卫星上所设置的调制反射器发射卫星数据；任一中继节点为第一卫星，任一端节点为第一卫星或第二卫星；

所述运行模块230用于：在所有的总传输时长中，将满足预设条件的总传输时长所对应的第一拆分方式确定为目标拆分方式，以通过所述目标拆分方式对应的每个预设基础结构进行卫星数据传输。

较优地，当所述预设网络编码方式为物理层网络编码方式时，所述处理模块220具体用于：

基于所述物理层网络编码方式，获取所述任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第一传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第一传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

较优地，通过物理层网络编码方式进行卫星数据传输的过程为：

基于任一预设数据流的传输方向，通过该预设数据流对应的预设基础结构的两个端节点同时向该预设基础结构的中继节点发射卫星数据，以使该中继节点对两个端节点所发送的卫星数据的叠加值进行映射处理，得到目标映射数据，并将所述第一异或数据分别发送至每个端节点，以使每个端节点根据所述目标映射数据和该端节点所发送的卫星数据得到该预设数据流对应的卫星传输数据；其中，映射处理方式包括：数据异或处理和数据叠加放大处理；当所述映射方式为所述数据异或处理时，所述目标映射数据为：目标异或数据；当所述映射方式为所述数据叠加放大处理，所述目标映射数据为：目标叠加数据。

较优地，当所述预设网络编码方式为网络层网络编码方式时，所述处理模块220具体用于：

基于所述网络层网络编码方式，获取所述任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第二传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第二传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

本实施例的技术方案通过在卫星通信中采用网络编码和调制反射技术，并根据卫星网络通信中的数据流对卫星网络结构进行拆分，提高了卫星通信系统的吞吐量。

上述关于本实施例的一种基于网络编码和调制反射的卫星通信系统200中的各参数和各个模块实现相应功能的步骤，可参考上文中关于一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。类似地，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。其中，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

Claims (9)

1.一种基于网络编码和调制反射的卫星通信方法，其特征在于，包括：

构建包含多个作为骨干网络层的第一卫星和多个作为数据采集层的第二卫星的卫星通信网络，并基于所述卫星通信网络，构建多个通过预设网络编码方式进行卫星通信的预设基础结构；其中，任一第一卫星上设置一个调制反射器、两个发射机和一个接收机，任一第二卫星上设置一个调制反射器和一个接收机；

基于多个预设基础结构，对所述卫星通信网络进行结构拆分，得到至少一种包含至少一个卫星网络基础结构的第一拆分方式，并基于所述预设网络编码方式，获取每种第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长；其中，任一预设基础结构包括：至少一个中继节点、至少两个端节点和多个预设数据流，任一端节点通过该端节点对应卫星上所设置的调制反射器发射卫星数据；任一中继节点为第一卫星，任一端节点为第一卫星或第二卫星；

在所有的总传输时长中，将满足预设条件的总传输时长所对应的第一拆分方式确定为目标拆分方式，以通过所述目标拆分方式对应的每个预设基础结构进行卫星数据传输；其中，所述预设条件为：传输时长最短。

2.根据权利要求1所述的基于网络编码和调制反射的卫星通信方法，其特征在于，当所述预设网络编码方式为物理层网络编码方式时，基于所述预设网络编码方式，获取任一第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长的步骤，包括：

基于所述物理层网络编码方式，获取任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第一传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第一传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

3.根据权利要求2所述的基于网络编码和调制反射的卫星通信方法，其特征在于，通过物理层网络编码方式进行卫星数据传输的过程为：

基于任一预设数据流的传输方向，通过该预设数据流对应的预设基础结构的两个端节点同时向该预设基础结构的中继节点发射卫星数据，以使该中继节点对两个端节点所发送的卫星数据的叠加值进行映射处理，得到目标映射数据，并将所述目标映射数据分别发送至每个端节点，以使每个端节点根据所述目标映射数据和该端节点所发送的卫星数据得到该预设数据流对应的卫星传输数据；

其中，映射处理方式为：数据异或处理或数据叠加放大处理；当所述映射方式为所述数据异或处理时，所述目标映射数据为：目标异或数据；当所述映射方式为所述数据叠加放大处理，所述目标映射数据为：目标叠加数据。

4.根据权利要求1所述的基于网络编码和调制反射的卫星通信方法，其特征在于，当所述预设网络编码方式为网络层网络编码方式时，基于所述预设网络编码方式，获取任一第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长的步骤，包括：

基于所述网络层网络编码方式，获取任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第二传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第二传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

5.根据权利要求4所述的基于网络编码和调制反射的卫星通信方法，其特征在于，通过网络层网络编码方式进行卫星数据传输的过程为：

基于任一预设数据流的传输方向，通过该预设数据流对应的预设基础结构的一个端节点向该预设基础结构的中继节点发射第一卫星数据，并通过该预设基础结构的另一端节点向该中继节点发射第二卫星数据，以使该中继节点将所述第一卫星数据和所述第二卫星数据进行异或处理，得到并将第一异或数据分别发送至该预设基础结构的两个端节点，以使该预设基础结构的每个端节点根据所述第一异或数据和该端节点所发送的卫星数据得到该预设数据流对应的卫星传输数据。

6.一种基于网络编码和调制反射的卫星通信系统，其特征在于，包括：构建模块、处理模块和运行模块；

所述构建模块用于：构建包含多个作为骨干网络层的第一卫星和多个作为数据采集层的第二卫星的卫星通信网络，并基于所述卫星通信网络，构建多个通过预设网络编码方式进行卫星通信的预设基础结构；其中，任一第一卫星上设置一个调制反射器、两个发射机和一个接收机，任一第二卫星上设置一个调制反射器和一个接收机；

所述处理模块用于：基于多个预设基础结构，对所述卫星通信网络进行结构拆分，得到至少一种包含至少一个卫星网络基础结构的第一拆分方式，并基于所述预设网络编码方式，获取每种第一拆分方式中所有的预设基础结构进行卫星数据传输的总传输时长；其中，任一预设基础结构包括：至少一个中继节点、至少两个端节点和多个预设数据流，任一端节点通过该端节点对应卫星上所设置的调制反射器发射卫星数据；任一中继节点为第一卫星，任一端节点为第一卫星或第二卫星；

所述运行模块用于：在所有的总传输时长中，将满足预设条件的总传输时长所对应的第一拆分方式确定为目标拆分方式，以通过所述目标拆分方式对应的每个预设基础结构进行卫星数据传输；其中，所述预设条件为：传输时长最短。

7.根据权利要求6所述的基于网络编码和调制反射的卫星通信系统，其特征在于，当所述预设网络编码方式为物理层网络编码方式时，所述处理模块具体用于：

基于所述物理层网络编码方式，获取任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第一传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第一传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。

8.根据权利要求7所述的基于网络编码和调制反射的卫星通信系统，其特征在于，通过物理层网络编码方式进行卫星数据传输的过程为：

基于任一预设数据流的传输方向，通过该预设数据流对应的预设基础结构的两个端节点同时向该预设基础结构的中继节点发射卫星数据，以使该中继节点对两个端节点所发送的卫星数据的叠加值进行映射处理，得到目标映射数据，并将所述目标映射数据分别发送至每个端节点，以使每个端节点根据所述目标映射数据和该端节点所发送的卫星数据得到该预设数据流对应的卫星传输数据；其中，映射处理方式为：数据异或处理或数据叠加放大处理；当所述映射方式为所述数据异或处理时，所述目标映射数据为：目标异或数据；当所述映射方式为所述数据叠加放大处理，所述目标映射数据为：目标叠加数据。

9.根据权利要求6所述的基于网络编码和调制反射的卫星通信系统，其特征在于，当所述预设网络编码方式为网络层网络编码方式时，所述处理模块具体用于：

基于所述网络层网络编码方式，获取任一第一拆分方式中的每个预设基础结构进行卫星数据传输所用的第二传输时长，并将该第一拆分方式对应的所有的第二传输时长的总和确定为该第一拆分方式中的总传输时长。