CN117528784B - 一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法及装置 - Google Patents

一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法及装置，该方法包括：多波束卫星通信网络由空间多波束通信卫星、参考地球站和N个地球站组成；对所述多波束卫星通信网络进行多域跨层协同控制，包括对卫星通信信道进行分配、对物理层的物理帧进行控制、对链路层的超帧进行控制、对网络层多波束寻址组网过程进行控制和对应用层服务质量进行控制；本发明支持多域跨层协同控制，控制范围全面、系统有效实现对多波束卫星通信网络的跨层精细化控制；通过构建时隙/频率闭环控制系统数学模型实现高精度时频对准，方法简单，适应性和可操作性强。

Description

一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法及装置
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法及装置。
背景技术
多波束卫星通信网络中各节点之间要实现通信，必须在时间域、频率域和功率域对通信资源进行划分，形成时频能通信信道，以此实现数据信息的有序传输。然而卫星通信具有通信链路状态多变、通信业务动态多样化、用户终端类型差异大等特点，要求卫星通信网络能够从时域、频域和功率域对信道进行实时高效的精细化控制，支持实现多波束卫星通信网络的大带宽、多业务可靠通信。因此，亟需提出一种多波束卫星通信网络时空频多域跨层协同控制方法，从时域、频域和功率域对通信物理层组帧、链路层超帧、网络层组网寻址、应用层服务质量保证等过程进行协同控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法及装置，多波束卫星通信网络从时间域、频率频、功率域对卫星通信信道进行分配；通过多域跨层协同控制方法对物理层物理的时隙、频率和功率进行控制；对链路层超帧的时隙和频率进行控制；对网络层多波束寻址组网过程进行控制；对应用层服务质量进行控制。本发明优点为：支持多域跨层协同控制，控制范围全面、系统有效实现对多波束卫星通信网络的跨层精细化控制；通过构建时隙/频率闭环控制系统数学模型实现高精度时频对准，方法简单，适应性和可操作性强。
为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面公开了一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法，所述方法包括：
S1，构建多波束卫星通信网络；
S2，对所述多波束卫星通信网络进行多域跨层协同控制；
所述多域跨层协同控制包括对卫星通信信道进行分配、对物理层的物理帧进行控制、对链路层的超帧进行控制、对网络层多波束寻址组网过程进行控制和对应用层服务质量进行控制；
所述对物理层的物理帧进行控制包括时隙对准控制、频率对准控制和功率控制。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述多波束卫星通信网络由空间多波束通信卫星、参考地球站和N个地球站组成，N为整数；
所述参考地球站部署协同控制器；所述N个地球站部署定时控制器、频率控制器和功率控制器；
所述多波束卫星通信网络通过多域跨层协同控制实现卫星通信信道在时间域、频率域和功率域的精确控制。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对物理层的物理帧进行控制，包括：
利用协同控制器与分布在不同地理位置的各地球站定时控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准控制；
利用协同控制器与存在不同频差的各地球站频率控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的频率与信道规划频率的频率对准控制；
利用协同控制器与具有不同天线口径的各地球站功率控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的功率控制，将发送信号功率控制在规定范围内。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述时隙对准控制，包括：
利用时隙闭环控制系统数学模型，对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2；
将所述期望时隙状态指数u2代入各地球站时隙控制器，完成协同控制器与各时隙控制器的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述频率对准控制，包括：
利用频率闭环控制系统数学模型，对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21；
将所述期望频率状态指数u21代入各地球站频率控制器，完成协同控制器与各频率控制器的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的频率对准。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述时隙闭环控制系统数学模型为：
其中，xd(t)为参考地球站的时隙状态，x(t)为地球站现有时隙状态，令x(t)无限接近xd(t)；一级误差为e1＝xd(t)-x(t)，二级误差为为e1的一阶导数，误差矩阵为ex＝[e1,e2]，/>为e1的二阶导数，/>为x(t)的二阶导数，u1为线性化稳定反馈控制输入，/>系数k1，k2均大于0且为常数；
时隙闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
其中，为误差矩阵的导数。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述频率闭环控制系统数学模型为：
其中，xd1(t)为参考地球站的频率状态，x1(t)为地球站现有频率状态为，令x1(t)无限接近xd1(t)；一级误差为e11＝xd1(t)-x1(t)，二级误差为为e11的一阶导数，误差矩阵为ex1＝[e11,e21]，/>为e11的二阶导数，/>为x1(t)的二阶导数，u11为线性化稳定反馈控制输入，/>系数k11，k21均大于0且为常数；
频率闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
其中，为误差矩阵的导数。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2，包括：
利用期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型，对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2；
所述期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型为：
f(xd(t)-x(t))＝[xd(t)-x(t)]2+k2[xd(t)-x(t)]+k1
选取合适的k1，k2，使期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型满足Huritz特性，得到满足频率控制解耦系统的期望时隙状态指数稳定反馈参数为：
其中，u2为期望时隙状态指数稳定反馈参数。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21，包括：
利用期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型，对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21；
所述期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型为：
f(xd1(t)-x1(t))＝[xd1(t)-x1(t)]2+k21[xd1(t)-x1(t)]+k11
选取合适的k11，k21，使期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型满足Huritz特性，得到满足频率控制解耦系统的期望频率状态指数稳定反馈参数为：
其中，u21为期望时隙状态指数稳定反馈参数。
本发明实施例第二方面公开了一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制装置，所述装置包括：
网络构建模块，用于构建多波束卫星通信网络；
多域跨层协同控制模块，用于对所述多波束卫星通信网络进行多域跨层协同控制；
所述多域跨层协同控制包括对卫星通信信道进行分配、对物理层的物理帧进行控制、对链路层的超帧进行控制、对网络层多波束寻址组网过程进行控制和对应用层服务质量进行控制；
所述对物理层的物理帧进行控制包括时隙对准控制、频率对准控制和功率控制。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述多波束卫星通信网络由空间多波束通信卫星、参考地球站和N个地球站组成，N为整数；
所述参考地球站部署协同控制器；所述N个地球站部署定时控制器、频率控制器和功率控制器；
所述多波束卫星通信网络通过多域跨层协同控制实现卫星通信信道在时间域、频率域和功率域的精确控制。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述对物理层的物理帧进行控制，包括：
利用协同控制器与分布在不同地理位置的各地球站定时控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准控制；
利用协同控制器与存在不同频差的各地球站频率控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的频率与信道规划频率的频率对准控制；
利用协同控制器与具有不同天线口径的各地球站功率控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的功率控制，将发送信号功率控制在规定范围内。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述时隙对准控制，包括：
利用时隙闭环控制系统数学模型，对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2；
将所述期望时隙状态指数u2代入各地球站时隙控制器，完成协同控制器与各时隙控制器的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述频率对准控制，包括：
利用频率闭环控制系统数学模型，对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21；
将所述期望频率状态指数u21代入各地球站频率控制器，完成协同控制器与各频率控制器的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的频率对准。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述时隙闭环控制系统数学模型为：
其中，xd(t)为参考地球站的时隙状态，x(t)为地球站现有时隙状态，令x(t)无限接近xd(t)；一级误差为e1＝xd(t)-x(t)，二级误差为为e1的一阶导数，误差矩阵为ex＝[e1,e2]，/>为e1的二阶导数，/>为x(t)的二阶导数，u1为线性化稳定反馈控制输入，/>系数k1，k2均大于0且为常数；
时隙闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
其中，为误差矩阵的导数。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述频率闭环控制系统数学模型为：
其中，xd1(t)为参考地球站的频率状态，x1(t)为地球站现有频率状态为，令x1(t)无限接近xd1(t)；一级误差为e11＝xd1(t)-x1(t)，二级误差为为e11的一阶导数，误差矩阵为ex1＝[e11,e21]，/>为e11的二阶导数，/>为x1(t)的二阶导数，u11为线性化稳定反馈控制输入，/>系数k11，k21均大于0且为常数；
频率闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
其中，为误差矩阵的导数。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2，包括：
利用期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型，对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2；
所述期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型为：
f(xd(t)-x(t))＝[xd(t)-x(t)]2+k2[xd(t)-x(t)]+k1
选取合适的k1，k2，使期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型满足Huritz特性，得到满足频率控制解耦系统的期望时隙状态指数稳定反馈参数为：
其中，u2为期望时隙状态指数稳定反馈参数。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21，包括：
利用期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型，对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21；
所述期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型为：
f(xd1(t)-x1(t))＝[xd1(t)-x1(t)]2+k21[xd1(t)-x1(t)]+k11
选取合适的k11，k21，使期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型满足Huritz特性，得到满足频率控制解耦系统的期望频率状态指数稳定反馈参数为：
其中，u21为期望时隙状态指数稳定反馈参数。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
(1)本发明从时域、频域和功率域对多波束卫星通信网络进行协同控制，控制范围全面，通过构建时隙/频率闭环控制系统数学模型实现高精度时频对准，方法简单，适应性和可操作性强；
(2)本发明通过协同控制方法，分别对多波束卫星通信网络的物理层组帧、链路层超帧、网络层组网寻址、应用层服务质量保证等过程进行控制，能够系统有效实现对多波束卫星通信网络的跨层精细化控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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是本发明实施例公开的一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例公开的多波束卫星通信网络示意图；
图3是本发明实施例公开的另一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法的流程示意图；
图4是本发明实施例公开的一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制装置的结构示意图；
图5是本发明实施例公开的另一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明公开了一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法及装置，该方法包括：多波束卫星通信网络由空间多波束通信卫星、参考地球站和N个地球站组成；对所述多波束卫星通信网络进行多域跨层协同控制，包括对卫星通信信道进行分配、对物理层的物理帧进行控制、对链路层的超帧进行控制、对网络层多波束寻址组网过程进行控制和对应用层服务质量进行控制；本发明支持多域跨层协同控制，控制范围全面、系统有效实现对多波束卫星通信网络的跨层精细化控制；通过构建时隙/频率闭环控制系统数学模型实现高精度时频对准，方法简单，适应性和可操作性强。以下分别进行详细说明。
实施例一
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法的流程示意图。其中，图1所描述的多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法应用于卫星通信技术领域，系统有效实现对多波束卫星通信网络的跨层精细化控制，本发明实施例不做限定。如图1所示，该多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法可以包括以下操作：
S1，构建多波束卫星通信网络；
S2，对所述多波束卫星通信网络进行多域跨层协同控制；
所述多域跨层协同控制包括对卫星通信信道进行分配、对物理层的物理帧进行控制、对链路层的超帧进行控制、对网络层多波束寻址组网过程进行控制和对应用层服务质量进行控制；
所述对物理层的物理帧进行控制包括时隙对准控制、频率对准控制和功率控制。
可选的，所述多波束卫星通信网络由空间多波束通信卫星、参考地球站和N个地球站组成，N为整数；
所述参考地球站部署协同控制器；所述N个地球站部署定时控制器、频率控制器和功率控制器；
所述多波束卫星通信网络通过多域跨层协同控制实现卫星通信信道在时间域、频率域和功率域的精确控制。
可选的，所述对物理层的物理帧进行控制，包括：
利用协同控制器与分布在不同地理位置的各地球站定时控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准控制；
利用协同控制器与存在不同频差的各地球站频率控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的频率与信道规划频率的频率对准控制；
利用协同控制器与具有不同天线口径的各地球站功率控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的功率控制，将发送信号功率控制在规定范围内。
可选的，所述时隙对准控制，包括：
利用时隙闭环控制系统数学模型，对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2；
将所述期望时隙状态指数u2代入各地球站时隙控制器，完成协同控制器与各时隙控制器的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准。
可选的，所述频率对准控制，包括：
利用频率闭环控制系统数学模型，对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21；
将所述期望频率状态指数u21代入各地球站频率控制器，完成协同控制器与各频率控制器的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的频率对准。
可选的，所述时隙闭环控制系统数学模型为：
其中，xd(t)为参考地球站的时隙状态，x(t)为地球站现有时隙状态，令x(t)无限接近xd(t)；一级误差为e1＝xd(t)-x(t)，二级误差为为e1的一阶导数，误差矩阵为ex＝[e1,e2]，/>为e1的二阶导数，/>为x(t)的二阶导数，u1为线性化稳定反馈控制输入，/>系数k1，k2均大于0且为常数；
时隙闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
其中，为误差矩阵的导数。
可选的，所述频率闭环控制系统数学模型为：
其中，xd1(t)为参考地球站的频率状态，x1(t)为地球站现有频率状态为，令x1(t)无限接近xd1(t)；一级误差为e11＝xd1(t)-x1(t)，二级误差为为e11的一阶导数，误差矩阵为ex1＝[e11,e21]，/>为e11的二阶导数，/>为x1(t)的二阶导数，u11为线性化稳定反馈控制输入，/>系数k11，k21均大于0且为常数；
频率闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
其中，为误差矩阵的导数。
可选的，所述对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2，包括：
利用期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型，对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2；
所述期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型为：
f(xd(t)-x(t))＝[xd(t)-x(t)]2+k2[xd(t)-x(t)]+k1
选取合适的k1，k2，使期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型满足Huritz特性，得到满足频率控制解耦系统的期望时隙状态指数稳定反馈参数为：
其中，u2为期望时隙状态指数稳定反馈参数。
可选的，所述对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21，包括：
利用期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型，对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21；
所述期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型为：
f(xd1(t)-x1(t))＝[xd1(t)-x1(t)]2+k21[xd1(t)-x1(t)]+k11
选取合适的k11，k21，使期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型满足Huritz特性，得到满足频率控制解耦系统的期望频率状态指数稳定反馈参数为：
其中，u21为期望时隙状态指数稳定反馈参数。
实施例二
请参阅图2，图2是本发明实施例公开的多波束卫星通信网络示意图。其中，图2所描述的多波束卫星通信网络应用于卫星通信技术领域，系统有效实现对多波束卫星通信网络的跨层精细化控制，本发明实施例不做限定。如图2所示，该多波束卫星通信网络
由空间多波束通信卫星、参考地球站和若干地球站组成，其中，参考地球站部署协同控制器，地球站部署定时控制器、频率控制器和功率控制器，多波束卫星通信网络通过多域跨层协同控制方法实现卫星通信信道在时间域、频率域和功率域的精确控制。
协同控制器通过与分布在不同地理位置的各地球站定时控制器之间的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号进行的时隙对准；协同控制器通过与存在不同频差的各地球站频率控制器之间的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的频率与信道规划频率对准；协同控制器通过与具有不同天线口径的各地球站功率控制器之间的协同映射，对各地球站从卫星通信信道所发送信号功率进行控制，将发送信号功率控制在规定范围内；其中，时隙对准和频率对准，具体为：
假设参考地球站的时隙/频率状态为xd(t)，地球站现有时隙/频率状态为x(t)，令x(t)无限接近xd(t)；
设一级误差e1＝xd(t)-x(t)，二级误差表示e1的一阶导数，误差矩阵ex＝[e1,e2]，从而得到时隙/频率闭环控制系统数学模型为：
其中，表示e1的二阶导数，/>表示x(t)的二阶导数，u1为线性化稳定反馈控制输入，则
其中，系数k1，k2均大于0且为常数；
时隙/频率闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
选取合适的k1，k2，使得式
f(xd(t)-x(t))＝[xd(t)-x(t)]2+k2[xd(t)-x(t)]+k1
满足Huritz特性；
即满足频率控制解耦系统的期望时隙/频率状态指数稳定反馈u2为：
通过将u2输入各地球站时隙控制器/频率控制器，完成协同控制器与各时隙控制器/频率控制器的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准/频率对准。
如图3所示，多波束卫星通信网络时频能多域跨层协同控制方法主要包括以下步骤：
步骤1，多波束卫星通信网络从时频能域对卫星通信信道进行分配；
步骤2，多波束卫星通信网络通过多域跨层协同控制方法对物理层的物理帧进行控制，包括时隙、频率和功率控制；
步骤3，多波束卫星通信网络通过多域跨层协同控制方法对链路层的超帧进行控制，包括时隙和频率控制；
步骤4，多波束卫星通信网络通过多域跨层协同控制方法对网络层多波束寻址组网过程进行控制，包括频率控制；
步骤5，多波束卫星通信网络通过多域跨层协同控制方法对应用层服务质量进行控制，包括功率控制。
实施例三
请参阅图4，图4是本发明实施例公开的一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制装置的结构示意图。其中，图4所描述的多波束卫星通信网络多域跨层协同控制装置应用于卫星通信技术领域，系统有效实现对多波束卫星通信网络的跨层精细化控制，本发明实施例不做限定。如图4所示，该多波束卫星通信网络多域跨层协同控制装置可以包括以下操作：
S301，网络构建模块，用于构建多波束卫星通信网络；
多域跨层协同控制模块，用于对所述多波束卫星通信网络进行多域跨层协同控制；
S302，所述多域跨层协同控制包括对卫星通信信道进行分配、对物理层的物理帧进行控制、对链路层的超帧进行控制、对网络层多波束寻址组网过程进行控制和对应用层服务质量进行控制；
所述对物理层的物理帧进行控制包括时隙对准控制、频率对准控制和功率控制。
实施例四
请参阅图5，图5是本发明实施例公开的另一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制装置的结构示意图。其中，图5所描述的多波束卫星通信网络多域跨层协同控制装置应用于卫星通信技术领域，系统有效实现对多波束卫星通信网络的跨层精细化控制，本发明实施例不做限定。如图5所示，该多波束卫星通信网络多域跨层协同控制装置可以包括以下操作：
存储有可执行程序代码的存储器401；
与存储器401耦合的处理器402；
处理器402调用存储器401中存储的可执行程序代码，用于执行实施例一、实施例二所描述的多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法中的步骤。
实施例五
本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行实施例一、实施例二所描述的多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法中的步骤。
以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中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，作为模块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。
通过以上的实施例的具体描述，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,存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法及装置所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于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项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；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，构建多波束卫星通信网络；
S2，对所述多波束卫星通信网络进行多域跨层协同控制；
所述多域跨层协同控制包括对卫星通信信道进行分配、对物理层的物理帧进行控制、对链路层的超帧进行控制、对网络层多波束寻址组网过程进行控制和对应用层服务质量进行控制；
所述对物理层的物理帧进行控制包括时隙对准控制、频率对准控制和功率控制；
所述对物理层的物理帧进行控制，包括：
利用协同控制器与分布在不同地理位置的各地球站定时控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准控制；
所述时隙对准控制，包括：
利用时隙闭环控制系统数学模型，对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2；
将所述期望时隙状态指数u2代入各地球站时隙控制器，完成协同控制器与各时隙控制器的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准；
利用协同控制器与存在不同频差的各地球站频率控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的频率与信道规划频率的频率对准控制；
所述时隙闭环控制系统数学模型为：
其中，xd(t)为参考地球站的时隙状态，x(t)为地球站现有时隙状态，令x(t)无限接近xd(t)；一级误差为e1＝xd(t)-x(t)，二级误差为为e1的一阶导数，误差矩阵为为e1的二阶导数，/>为x(t)的二阶导数，u1为线性化稳定反馈控制输入，/>系数k1，k2均大于0且为常数；
时隙闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
其中，为误差矩阵的导数；
所述频率对准控制，包括：
利用频率闭环控制系统数学模型，对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21；
所述频率闭环控制系统数学模型为：
其中，xd1(t)为参考地球站的频率状态，x1(t)为地球站现有频率状态为，令x1(t)无限接近xd1(t)；一级误差为e11＝xd1(t)-x1(t)，二级误差为为e11的一阶导数，误差矩阵为ex1＝[e11,e21]，/>为e11的二阶导数，/>为x1(t)的二阶导数，u11为线性化稳定反馈控制输入，/>系数k11，k21均大于0且为常数；
频率闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
其中，为误差矩阵的导数；
将所述期望频率状态指数u21代入各地球站频率控制器，完成协同控制器与各频率控制器的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的频率对准；
利用协同控制器与具有不同天线口径的各地球站功率控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的功率控制，将发送信号功率控制在规定范围内。
2.根据权利要求1所述的多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法，其特征在于，所述多波束卫星通信网络由空间多波束通信卫星、参考地球站和N个地球站组成，N为整数；
所述参考地球站部署协同控制器；所述N个地球站部署定时控制器、频率控制器和功率控制器；
所述多波束卫星通信网络通过多域跨层协同控制实现卫星通信信道在时间域、频率域和功率域的精确控制。
3.根据权利要求1所述的多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法，其特征在于，所述对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2，包括：
利用期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型，对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2；
所述期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型为：
f(xd(t)-x(t))＝[xd(t)-x(t)]2+k2[xd(t)-x(t)]+k1
选取合适的k1，k2，使期望时隙状态指数稳定反馈参数计算模型满足Huritz特性，得到满足频率控制解耦系统的期望时隙状态指数稳定反馈参数为：
其中，u2为期望时隙状态指数稳定反馈参数。
4.根据权利要求1所述的多波束卫星通信网络多域跨层协同控制方法，其特征在于，所述对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21，包括：
利用期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型，对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21；
所述期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型为：
f(xd1(t)-x1(t))＝[xd1(t)-x1(t)]2+k21[xd1(t)-x1(t)]+k11
选取合适的k11，k21，使期望频率状态指数稳定反馈参数计算模型满足Huritz特性，得到满足频率控制解耦系统的期望频率状态指数稳定反馈参数为：
其中，u21为期望时隙状态指数稳定反馈参数。
5.一种多波束卫星通信网络多域跨层协同控制装置，其特征在于，所述装置包括：
网络构建模块，用于构建多波束卫星通信网络；
多域跨层协同控制模块，用于对所述多波束卫星通信网络进行多域跨层协同控制；
所述多域跨层协同控制包括对卫星通信信道进行分配、对物理层的物理帧进行控制、对链路层的超帧进行控制、对网络层多波束寻址组网过程进行控制和对应用层服务质量进行控制；
所述对物理层的物理帧进行控制包括时隙对准控制、频率对准控制和功率控制；
所述对物理层的物理帧进行控制，包括：
利用协同控制器与分布在不同地理位置的各地球站定时控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准控制；
所述时隙对准控制，包括：
利用时隙闭环控制系统数学模型，对参考地球站的时隙状态xd(t)和地球站现有时隙状态x(t)进行处理，得到期望时隙状态指数稳定反馈参数u2；
将所述期望时隙状态指数u2代入各地球站时隙控制器，完成协同控制器与各时隙控制器的协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的时隙对准；
利用协同控制器与存在不同频差的各地球站频率控制器之间进行协同映射，实现对各地球站从卫星通信信道所发送信号的频率与信道规划频率的频率对准控制；
所述时隙闭环控制系统数学模型为：
其中，xd(t)为参考地球站的时隙状态，x(t)为地球站现有时隙状态，令x(t)无限接近xd(t)；一级误差为e1＝xd(t)-x(t)，二级误差为为e1的一阶导数，误差矩阵为ex＝[e1,e2]，/>为e1的二阶导数，/>为x(t)的二阶导数，u1为线性化稳定反馈控制输入，系数k1，k2均大于0且为常数；
时隙闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
其中，为误差矩阵的导数；
所述频率对准控制，包括：
利用频率闭环控制系统数学模型，对参考地球站的频率状态xd1(t)和地球站现有频率状态x1(t)进行处理，得到期望频率状态指数稳定反馈参数u21；
所述频率闭环控制系统数学模型为：
其中，xd1(t)为参考地球站的频率状态，x1(t)为地球站现有频率状态为，令x1(t)无限接近xd1(t)；一级误差为e11＝xd1(t)-x1(t)，二级误差为为e11的一阶导数，误差矩阵为ex1＝[e11,e21]，/>为e11的二阶导数，/>为x1(t)的二阶导数，u11为线性化稳定反馈控制输入，/>系数k11，k21均大于0且为常数；
频率闭环控制系统数学模型可进一步表示为：
误差矩阵的导数为
其中，为误差矩阵的导数；
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