[发明专利]一种基于时间演进图的空天网络切换实时预测方法

权利要求书

1.一种基于时间演进图的空天网络切换实时预测方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、针对LEO卫星通信系统，将所有终端按运动速度进行分类，并判断是否为低速运动或静止的终端，如果是，采用静态图进行切换预测；否则，进入步骤二；

步骤二、对于中高速终端，使用高斯-马尔科夫移动模型对终端运动行为建模，得到每个终端在每个时隙的位置；

步骤三、根据每个终端在起始时隙的位置，将LEO卫星通信系统中对该位置进行覆盖的卫星作为节点集；

针对某个终端，节点集V＝{v₀,v₁,...,v_n,v_n+1}代表在起始时隙内对该终端进行覆盖的所有卫星节点；

步骤四、针对每个终端，根据卫星对该终端的覆盖时长建立连接弧，并利用不同的切换准则设置初始权重，从而生成时间演进图在起始时隙的拓扑图；

时间演进图由k个子图组成，G＝{G¹,G²,...,G^k}，对应k个时隙；

第i个时隙的有向图为Gi＝(Vⁱ,Aⁱ,ωⁱ)；

弧集A＝{A_(1,1),A_(1,2),...A_(n,n)}代表覆盖在每个终端的节点之间的连接状况。

权重集w＝{w_(1,1),w_(1,2),...,w_(n,n)}代表有向弧的权重；

不同切换准则对应不同的权值设置方式；LEO星座包括3种切换准则：最长服务时间准则，最大仰角准则和基于空闲信道数准则；

最长服务时间准则将弧A_(i',j')的权重定义为即服务时间长的卫星权重小；第j'个卫星对应的服务时长定义为Tv_j'＝[Tvb_j',Tve_j']；

基于最大仰角准则将弧A_(i',j')的权重定义为EL_j'为第j'个卫星与终端的仰角，即仰角大的卫星权重小；

基于空闲信道数准则将弧A_(i',j')的权重设置为m_j'为第j'个卫星的空闲信道数，即空闲信道多的卫星权重小；

步骤五、当LEO某个卫星与某终端正常建立连接后，通过连接关系建立坐标系求解，得到卫星对终端覆盖时长E(t_c)；

γ_max为终端到卫星对应的星下点的最大地心角；ω为地心地固坐标系(ECF)下卫星相对于终端的角速度；

步骤六、根据卫星对终端的覆盖时长E(t_c)，终端运动速度从时间维度计算时间演进图中每个时隙的时长Δt；

Δt＝τE(t_c)_min

τ为调节参数，取值范围为0＜τ≤1；E(t_c)_min为终端在不同运动速度下对应的单颗星对其平均覆盖时长下限值；

步骤七、将起始时隙的拓扑图按照时隙时长Δt进行更新，得到每一个时隙的拓扑图及其最短路径，得到切换预测结果，最终得到TEG的总体的拓扑图；

针对某个拓扑子图，在每个子图中计算出最短路径l，子图在时隙Δt内的结果保持不变，在时隙结束时刻进行更新，从空间的维度重新进行权重和最优策略评估，完成对切换预测更新，得到下一时隙的子图，下一时隙的子图中继续计算出最短路径l'，从而得出从最短路径l到最短路径l'的预测结果。

2.如权利要求1所述的一种基于时间演进图的空天网络切换实时预测方法，其特征在于，所述的终端根据移动速度不同，将其定义为低速移动终端、中速移动终端和高速移动终端。

3.如权利要求1所述的一种基于时间演进图的空天网络切换实时预测方法，其特征在于，所述的步骤二中，针对某个中高速终端，基于该终端在初始时刻的位置以及其在每个时隙的位置，通过查找卫星星历，得到该终端在每一时隙的覆盖卫星；具体为：

首先，该中高速终端在通话时长t内，利用高斯-马尔科夫模型对该终端的运动行为建模，如下：

s_k表示第k个时隙时该高速终端的速度；d_k表示第k个时隙时该高速终端的方向；α(0≤α≤1)为调节速度和方向随机性的参数；表示终端运动速度的平均值；表示终端运动方向的平均值；代表服从高斯分布的速度随机变量；代表服从高斯分布的方向随机变量；

然后，利用k-1时隙的速度和方向，计算该终端第k个时隙对应的位置；

x_k＝x_k-1+s_k-1t cos d_k-1

y_k＝y_k-1+s_k-1t sin d_k-1

其中x_k，y_k表示第k个时隙该终端对应的位置。