[发明专利]一种超大规模低轨卫星网络运维及资源管控方法

说明书

本发明公开了一种超大规模低轨卫星网络运维及资源管控方法，首先MEO卫星收集LEO卫星上报的地理位置信息；接着MEO卫星根据LEO卫星的地理位置，对超大规模LEO卫星网络进行分层管理；所述分层管理模式包括分组管理和分簇管理；每个LEO分组的所有簇头作为LEO‑MEO通信头节点，每个分组的LEO‑MEO通信头节点与对应的MEO通过层间链路IOL建立连接；LEO簇成员周期性地将自己的状态信息上报给对应的簇头LEO卫星，MEO卫星进行汇总；相比现有的卫星网络运维方法，本发明可以实现超大规模星座系统的轻量级快速控制，可以达到分钟级的运维响应速度，可以提升周期性状态信息收集效率，确保网络服务的连续性和一致性。

技术领域

本发明涉及卫星网络运维管理技术领域，主要涉及一种超大规模低轨卫星网络运维及资源管控方法。

背景技术

卫星网络由于其不受限与地理限制，而且支持长距离同行、灵活联网及其他固有特点，可以在任何地方提供全球高效的广播或组播服务。低轨星座网络由于其主要业务卫星为低轨卫星，其到地面的端到端时延最小，可以满足现在大部分的时延敏感业务，所以是所有卫星网络中最有发展潜力的一种。

超大规模低轨星座网络是以大量的LEO卫星分布在多个轨道平面组成的星座，该星座网络拥有实时获取、传输和处理空间信息等功能。而超大规模低轨卫星网络有以下优点：1.从性能上讲，传播时延大幅减小，可以支持时延敏感的业务；同时，容量大，有能力进行数十万的并发连接。2.频谱利用率更高。开始使用28GHz这样接近毫米波的频段。3.可以使用的星间链路。信息可以在各卫星间传输，并通过目的地上方的卫星直接发送给地面上的目标基站。

星座网络中节点间信息交互是星座网络运维中一个关键问题，对于大规模低轨星座来说，若是只凭借低轨卫星自己进行信息交互十分困难的，在单层卫星网络中，各个卫星所处轨道高度基本相同，各卫星性能也几乎没有差异，所以相互之间想要获得相关信息只有通过分布式的方式交换信息。这种方法存在许多问题：信令开销过大；节点维护全局信息成本过高；运维信息更新需要时间过长等。为了解决上述问题，人们开始考虑改变单层卫星结构，改为构建多层星座网络。

多层卫星网络，相较于单层卫星网络，多层卫星网络结构拓扑变化更加剧烈，其原因有以下几点:(1)LEO层和其他层内的轨道间链路会周期性地切换；(2)不同层间卫星运动速度不同，LEO卫星和MEO卫星或GEO(Geosynchronous Earth Orbit)卫星层间链路切换频繁；(3)卫星星座的选择以及不同层间卫星初始位置都会对链路切换产生影响。

经过对现有文献的检索发现，周云晖等人于2006年10月在《计算机学报》上发表了题为“一种基于时隙划分的三层卫星网络QoS路由协议”的文章。该文章提出了一种由三层轨道卫星(LEO/MEO/GEO)构成的卫星网络体系结构，该结构中同层中各卫星之间以及不同层的各卫星之间都存在星间链路，提高了星间链路的使用效率。低层卫星负责向高层卫星提供链路相关信息，高层卫星根据收集到的信息进行路由的计算，并分发到各个低层卫星上。其优点是降低了信令开销，同时，将计算过程集中到高层卫星上，减少了低层卫星的资源消耗，使得卫星网络的通信质量得到了保障。

经过对现有文献的检索发现，杨力等人于2012年10月在《宇航学报》上发表了题为“一种GEO/LEO双层卫星网络路由算法及仿真研究”的文章。该文章提出了一种GEO/LEO双层卫星网络架构，将GEO卫星作为管理者，而离地较近的LEO层卫星作为业务层负责数据的传输和交换。文章提出了VLRA算法进行分簇管理，LEO簇头收集成员信息，再发送给GEO卫星进行收集、交换、汇总，最终形成一个全局的链路状态信息表，通过相反方向将路由更新给各LEO卫星。

经过对现有文献的检索发现，潘成胜等人于2017年在《系统仿真学报》上发表了题为“一种实现MEO/LEO网络快速收敛的动态路由协议”的文章。该文章提出了一种MEO/LEO双层卫星网络架构，根据MEO的覆盖范围进行分簇，MEO卫星作为簇首，限制了链路状态报告扩散的开销，提高了网络稳定性。