[发明专利]一种天基数据网的用户与GEO星关联方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天基数据网的用户与GEO星关联方法，属于空天信息领域。

背景技术

天基数据通信网络是一种包含同步轨道卫星，中低轨道卫星，航天器等不同特性的节点的综合网络。可作为灾难、战争环境下的应急通信系统，可用于气象卫星系统，遥测卫星系统等专用系统的数据传输，也可作为地面传统数据通信网络的扩展，具有广阔的应用前景。

随着星上处理技术的发展，卫星不仅具备背中继器的透明转发功能，而且具备独立的交换、路由、调度等功能，对地面依赖性越来越低。天基数据网络中，同步轨道上的GEO星覆盖范围大，位置稳定，它们构成天基数据网的骨干节点，负责资源的管理和数据包的路由转发等工作。骨干节点通过高可靠的激光链路互连，组成天基数据通信系统的核心网。中轨卫星、低轨卫星、航天器、地面终端为网络的用户节点，首先需要通过接入GEO星才能实现网络通信。一颗GEO骨干星可以同时容纳多个用户节点，多个用户共享GEO星接口的频谱资源。

同步轨道上3颗卫星通过全球波束天线射频即可实现地球面的覆盖，考虑到增大网络系统容量、对中、低轨卫星轨道面的覆盖，以及抗毁性等问题，天基数据网至少部署了5颗以上的GEO卫星。空间存在大片的多重覆盖区域，位于这些区域内的用户存在多颗可视的GEO星，这些用户存在GEO星的选择问题。

用户与GEO星的关联问题是指：新到达天基数据网的用户，选择目标GEO星进行接入的问题；已接入天基数据网的用户需要切换时，选择目标GEO星进行切换的问题。

目前关于天基数据网的用户与GEO星的关联方法，尚缺乏深入的研究。现有的关联方法，主要有三种：距离优先方案，可视时间优先方案和仰角加权的可视时间优先方案。现有的这些方法缺乏对骨干星负载的考虑，资源的利用率较低，网络的总吞吐量存在较大的提升空间。因此需要研究一种新的用户与GEO星的关联方法，使GEO星负载分布均衡，提高网络的总效用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多重覆盖区域下的用户与GEO星的关联方法，以此来实现网络负载的均衡，优化网络的总效用。本发明包括：已经接入用户的动态切换方法；新到达用户的接入方法。

（1）已经接入天基数据网的用户的动态切换方法，包括如下步骤：

步骤100：用户获取预切换的候选GEO星集合Ω；

步骤200：用户预先估计切换至候选GEO星集合Ω内各颗GEO可达吞吐量大小；

步骤300：用户确定是否需要请求切换；

用k来标识用户，用户k将所述步骤200中获得的各个吞吐量除以用户k在当前GEO星m获得的实际吞吐量，得到比值ξ，若所有的ξ都小于δ，则用户k不需要提交切换请求，用户k进入步骤800。若存在大于δ的ξ，则该用户需要提交切换请求。将最大的ξ值记为ξ_k，有其中T_m,k为用户k在当前GEO星m获得的实际吞吐量，为用户k切换至GEO星j可获得的预期吞吐量，δ是一个预先设定的门限值且δ＞1，用于抑制乒乓切换。

步骤400：用户向网络中心节点提交切换请求；

用户k通过当前所在的GEO星m向网络中心节点发送切换请求消息，消息的内容包括所述步骤300中获得的最大比值ξ_k和目标GEO星的标识j。

步骤500：网络中心节点进行判决，并向用户发送判决结果；

网络中心节点分析各个GEO星内的多个用户提交过来的GEO请求消息，找出比值ξ_k最大的用户k^*。为防止同一时刻切换用户过多造成的网络不稳定，网络中心节点仅准许用户k^*的切换请求，拒绝其他用户提交过来的接入请求，并将该判决结果通过各相关GEO星反馈给用户。

步骤600：用户判断是否可以切换；

用户根据所述步骤500中网络中心节点反馈来的判决结果来确定是否可以切换，若可以切换则进入步骤700；若不可以切换则进入步骤800.

步骤700：用户切换至步骤300获得目标GEO星；

步骤800：结束。

所述步骤100，包括如下子步骤：

步骤101：用户检测覆盖范围内其他各GEO星信道,记用户k检测到其与GEO星n的信道信干噪比为SINR_n,k(t)；

步骤102：获得满足信干噪比约束的GEO星集合Ω₀；