[发明专利]基于临近空间平台的空天地一体网络体系架构

说明书

本发明公开了基于临近空间平台的空天地一体网络体系架构，属于无线通信技术领域，包括以下步骤：S1：引入临近空间平台飞行器；S2：制定通信链路频段规划方案；S3：简化协议设计。在进行通信链路选择时，根据进行通信的双方用户的地理位置关系以及业务类型，以最小化传播时延和路由跳数为原则进行。本发明将临近空间平台飞行器引入网络体系架构，以融合卫星网络和地面网络，在实现全球覆盖的同时，有效地提高了非地面网络覆盖区域的通信服务质量，并且具有极强的鲁棒性，通过设计简化的协议流程，频段规划方案和链路选择方案，能够在重路由率和切换率、系统时延开销以及系统接入容量等方面有显著提升，值得被推广使用。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及基于临近空间平台的空天地一体网络体系架构。

背景技术

相比于传统地面移动通信网络，卫星网络能够实现全球覆盖且具有更强的鲁棒性，对非陆地地区、偏远地区和灾区等提供通信覆盖。然而卫星网络具有功率损耗大、时延大、单波束覆盖范围大容量小等缺点，使得卫星网络的通信服务质量上限较低，因此需要设计将卫星网络和地面网络融合起来的一体化网络。临近空间飞艇和气球等空中基站作为通信节点兼具地面移动通信网络和卫星网络的优点，且部署灵活，可在空天地一体化网络中发挥重要作用。

《国际电子与电气工程师协会网络杂志》(IEEE Network)中提到了一种基于异构星地网络的灵活架构，给出了网络一体化、可扩展路由、移动性支持、高效业务流传输和管理等功能和协议设计。不过他们没能给出与之对应的量化性能增益的分析。

在《国际电子与电气工程师协会通信与网络杂志》(IEEE J.on Communicationsand Networks)中还提到了一种基于软件定义的高能效混合卫星5G网络，并给出了对应的接入策略，覆盖概率以及针对两种类型业务的无线资源管理方法，不过该架构仅仅涉及地面5G系统和同步卫星通信系统，缺少对低轨卫星移动通信系统和空中基站等重要节点的引入，使得网络通信服务质量上限较低，因此，提出基于临近空间平台的空天地一体网络体系架构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何更好的融合卫星网络和地面网络以提高非地面网络覆盖区域的通信服务质量，提供了基于临近空间平台的空天地一体网络体系架构设计方法，该方法将临近空间平台飞行器引入网络体系架构，以融合卫星网络和地面网络，在实现全球覆盖的同时，有效地提高了非地面网络覆盖区域的通信服务质量。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

S1：引入临近空间平台飞行器

将临近空间平台的飞行器引入卫星网络和地面网络体系架构中，形成空天地一体化网络组网体系架构；

S2：制定通信链路频段规划方案

同步卫星之间的通信链路使用激光进行传输，飞行器之间的通信链路使用EHF频段进行传输，低轨卫星之间的通信链路使用EHF频段或激光进行传输；

同步卫星与飞行器之间的通信链路使用激光进行传输，同步卫星与低轨卫星之间的通信链路使用EHF频段进行传输，同步卫星与地面站网关之间的通信链路使用Ka频段进行传输；

低轨卫星与飞行器之间的通信链路使用EHF频段进行传输，低轨卫星与地面站网关之间的通信链路使用Ka频段进行传输；

飞行器与低轨卫星之间的通信链路使用EHF频段进行传输，根据不同通信节点之间的传输要求采用不同频段进行传输，可以使该网络体系架构具有较大的可用带宽，从而带来较高的链路容量；

S3：简化协议设计

通信链路频段规划完毕后，在协议设计上采用握手原则，将每一跳的处理时延和开销进行等效时延量化，使计算链路的平均等效时延开销得到简化，即可使用该网络体系架构进行通信工作，采用握手原则能够一定程度上也能减少网络体系架构时延。