[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

说明书

本发明公开了一种基于时间演进图的空天网络切换实时预测方法，涉及卫星通信领域。首先将所有终端按运动速度进行分类，对中高速终端运动行为建模，得到每个终端在每个时隙的位置，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；然后根据卫星对该终端的覆盖时长建立连接弧，设置初始权重，生成时间演进图在起始时隙的拓扑图。通过连接关系建立坐标系求解，得到卫星对终端覆盖时长；终端运动速度计算时间演进图中每个时隙的时长；将起始时隙的拓扑图更新，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。本发明提高了预测的准确性，更好的适应更重切换策略，避免不必要切换次数，提高切换效率。

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，具体是一种基于时间演进图的空天网络切换实时预测方法。

背景技术

卫星通信具有不受地理和地域限制、覆盖区域广泛、传输容量相对较大以及传输带宽相对较宽等特点，是实现全球通信无盲区的重要手段。相比于GEO和MEO，LEO卫星轨道低、通信延迟和传输损耗小，多颗LEO卫星组成的星座可实现全球即时通信。因此，LEO卫星通信系统被视为最有发展前景的卫星通信系统。

由于LEO卫星星座位于低轨相对地面具有较高移动速度，其在地球表面的波束覆盖范围变化快，一颗LEO卫星在指定区域内覆盖时长仅为几分钟。为了确保实时通信，地面终端需在LEO卫星的波束之间和卫星与卫星间频繁切换。而LEO卫星的运动将会造成LEO卫星拓扑随时间变化，对于中高速运动终端，终端的运动速度也会对切换造成影响。因此，需要解决LEO卫星时变拓扑以及用户运动交织带来的切换效率较低的问题。

发明内容

本发明针对现有的LEO星座切换中，针对中、高速移动终端的运动可能改变通信链路状态，使用静态分析方法对其切换进行研究会造成切换失败或额外增加切换次数，切换效率较低的问题，为确保通信的连续性和避免乒乓效应，本发明综合考虑了终端运动速度，卫星链路状态，卫星网络状态等因素，提出一种基于时间演进图的空天网络切换实时预测方法。

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；

根据终端移动速度不同，将终端定义为低速移动终端、中速移动终端和高速移动终端；

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。

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。

首先，该中高速终端在通话时长t内，利用高斯-马尔科夫(GM)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-1tcosd_k-1

y_k＝y_k-1+s_k-1tsind_k-1

其中x_k，y_k表示第k个时隙该终端对应的位置；