[发明专利]深空网络中基于竞争决策思想的链路分配方法

说明书

本发明公开了一种深空网络中基于竞争决策思想的链路分配方法，包括：定义深空网络中的节点包括深空中继卫星、地球中继卫星、地面站；将一段时间内的深空网络划分为若干个时间切片；针对某一时间切片，获取当前时间切片内网络中所有节点之间的可视关系，得到加权可视矩阵和初始网络拓扑矩阵；通过计算每颗深空中继卫星节点获取到地面站连通路径的竞争力，采取为每颗深空中继卫星分配路径的方式确定深空网络的链路分配方案；比较所有的链路分配，选择具有最小平均深空中继卫星到地面站距离的链路分配方案，得到优化的深空网络拓扑。本发明从提高网络连通性和降低通信延迟的角度出发，解决了深空网络中卫星可视节点数多于终端数情况下链路分配问题。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种深空网络中基于竞争决策思想的链路分配方法。

背景技术

随着人类深空探索活动的发展，未来日益增多的科学数据需要回传到地球。根据目前点对点的通信方式，某颗星球上的数据需要通过深空中继卫星与地面站之间的星地链路(Ground to Satellite Links,GSL)回传。然而，由于星体自转和卫星运动，GSL常常会由于天体遮挡而中断，导致数据在很长一段时间内无法回传到地面站。由此可见，目前的通信架构无法满足全时域、多节点、全覆盖的通信要求，难以支持未来日益复杂的深空活动所带来的遥测、遥控、导航、语音等通信类业务。因此，有必要构建一个深空网络，使得深空中继卫星能够与地面站持续通信。

在深空网络中，一个亟需解决的问题就是网络拓扑的设计。相比目前所采用的点对点直接通信的方式，一个由多颗深空中继卫星、地球中继卫星和地面站组成的网络，在覆盖性、网络连通性和节点冗余方面性能更加优秀。通过网络中的GSL和星间链路(Inter-Satellite Links,ISL)，数据得以回传地面站。

在卫星网络拓扑的性能指标包括网络连通性，通信时延等。考虑到本发明中的深空网络主要用于为地球与其他星球之间的通信类业务提供远距离中继服务，我们更加关注地面站与深空中继卫星之间的通信。因此，我们不仅需要保证每颗深空中继卫星在任意时间切片下在总存在一条到地面站的通路；同时，数据需要能够尽快回传地面站，因此，平均深空中继卫星到地面站距离应当最小化，以满足遥测、遥控、语音和视频等实时类业务的需求。

由于功率、重量和成本等因素的限制，每颗卫星所允许携带的通信终端数目是有限的(建立一条链路的同时需要占用该链路两端节点上各一个通信终端)，而这些卫星的可视节点(即彼此之间无天体遮挡的节点)数目往往超过其所携带的终端数目。因此，我们设计的链路分配方法，需要满足每颗卫星节点的度数约束。

目前有关链路分配方面的研究往往集中于低轨卫星网络，在该网路中，通信时延以平均所有卫星节点之间的距离来计算，而不是平均某些卫星到地面站的距离。一些链路分配方法主要以优化网络拓扑连通性为目标，或是最大化通信终端利用率，忽略每颗卫星通信终端数目的限制，或是最大化链路的剩余带宽。可见，很多研究并没有综合考虑网络连通性、节点度的约束和平均距离的优化，不适用于深空网络下的拓扑设计。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种深空网络中基于竞争决策思想的链路分配方法，利用竞争决策的思想实现链路的分配，从提高网络连通性和降低通信延迟的角度出发，解决了深空网络中卫星可视节点数多于终端数情况下的链路分配问题，在该方法得到的拓扑具有较小的平均深空中继卫星到地面站距离。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何从提高网络连通性和降低通信延迟的角度出发，解决了深空网络中卫星可视节点数多于终端数情况下的链路分配问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种深空网络中基于竞争决策思想的链路分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、定义深空网络中的节点包括深空中继卫星V_m、地球同步轨道中继卫星V_e、地面站v_station；