[发明专利]基于传播时延的低轨卫星网络星间多址接入方法

权利要求书

1.一种基于传播时延的低轨卫星网络星间帧结构设计方法，其特征在于，包括如下：

(1)获取各个传播时延段使用的概率：

1a)根据卫星星间链路的断链建链规则、卫星工具箱STK导出的卫星经纬度文件以及谷歌地图中已知经纬度的距离公式，在任意一张拓扑快照下计算出任意两颗通信卫星之间的传播时延T_p；

1b)根据卫星星间的断链建链规则，在每张拓扑快照下得到各卫星之间的连通关系矩阵；

1c)通过OPNET仿真软件，在只与邻居节点发包的情况下，得出各个传播时延段被使用的概率，即整网传播时延的概率分布模型；

(2)规划卫星节点的收发状态：

将发送状态和接收状态分开，使数据包边发送边传播，规划卫星节点的工作状态，即发射状态传播时延不能超过分组在最小星间链路长度上的传播时延，接收状态传播时延不能短于分组在最大星间链路长度上的传播时延，以避免收发冲突；

对于多天线单射频通道场景执行(3)；

对于多天线多射频通道场景执行(5)；

(3)根据整网的传播时延的极值在多天线单射频通道场景下设计初始帧结构：

3a)设计由发送时隙和接收时隙两部分组成的初始帧结构；

3b)根据3a)设计的初始帧结构，假设业务产生均匀，则每个天线只能占满发送时隙时长的四分之一；

(4)根据传播时延的概率分布在多天线单射频通道场景下对初始帧结构进行优化，设计适应该场景下的大容量业务帧结构：

对于接收时隙时长的设计，是在全网传播时延最大的星间链路上，要保证最后被轮询到的右队列中发送的最后一个比特数据能落入到接收时隙；

对于前后队列发送时隙时长的设计，是在同轨星间链路上，要保证每个队列中发送的第一比特的数据经过传播时延后能落入到接收时隙；

对于左右队列发送时隙时长的设计，是在全网传播时延最小的星间链路上，要保证每个队列中发送的第一比特的数据经过传播时延后能落入到接收时隙；

(5)根据整网的传播时延的极值在多天线多射频通道场景下设计由发送时隙和接收时隙两部分组成的初始帧结构，每个天线占满发送时隙的整个时长；

(6)对(5)设计的初始帧结构进行优化，设计适应多天线多射频通道场景下的大容量业务帧结构：

6a)根据全网使用频率最大的传播时延段设计整网统一的帧结构，以保证在该传播时延链路上帧结构利用率最大；

6b)对其它传播时延段的星间链路，在统一的帧结构上动态地调整发送时刻以及发送时长，以保证在设定的约束条件下，本条星间链路上的帧结构利用率最大；实现如下：

首先，设其它传播时延段的星间链路传播时延为t_p，发送时隙长度为t_s，接收时隙长度为t_r；

然后，根据星间链路的传播时延t_p与发送时隙长度t_s和接收时隙长度t_r的关系，对帧结构的发送时刻以及发送时长进行调整：

若t_p≤t_s，则不能在整网统一帧结构的发送时隙开始时刻立即发送数据包，需要等待(t_s-t_p)时间后发送t_p时长的数据包；

若t_s≤t_p≤(t_r-2)，则此时的发送时隙可全部用于发送数据包，而接收时隙需等待(t_p-t_s)时间后，才能接收到发送的数据包；

若(t_r-2)≤t_p≤(t_s+t_r-2)，则数据包在发送时隙的一开始即可被发送，且发送时隙只有(t_p-t_r+2)时长可用于发送数据包；

(7)对(6)优化后的帧结构再次进行优化，设计适应多天线多射频通道场景下的时延敏感类业务帧结构：

7a)整网统一帧结构的设计，即根据发送时隙长度确定接收时隙长度：

当发送时隙长度t_s≥9ms时，则接收时隙长度为t_r＝t_s+2，以保证各个传播时延段的链路上至少保证有1ms的接收时间；

当发送时隙t_s＜9ms时，即发送时隙为7ms或为8ms时，为保证在大传播时延段的星间链路上至少保证有1ms的接收时间，则接收时隙至少应分别设计为12ms和11ms。

7b)对其它传播时延段的星间链路，在统一的帧结构上动态地调整发送时刻以及发送时长，以保证在设定的约束条件下，本条星间链路上的帧结构利用率最大；实现如下：

首先，设其它传播时延段的星间链路传播时延为t_p，发送时隙长度为t_s，接收时隙长度为t_r；

然后，根据星间链路的传播时延t_p与发送时隙长度t_s和接收时隙长度t_r的关系，对帧结构的发送时刻以及发送时长进行调整：

若t_p≤t_s，则不能在整网统一帧结构的发送时隙开始时刻立即发送数据包，需要等待(t_s-t_p)时间后发送t_p时长的数据包；

若t_s≤t_p≤(t_r-2)，则此时的发送时隙可全部用于发送数据包，而接收时隙需等待(t_p-t_s)时间后，才能接收到发送的数据包；

若(t_r-2)≤t_p≤(t_s+t_r-2)，则数据包在发送时隙的一开始即可被发送，且发送时隙只有(t_p-t_r+2)时长可用于发送数据包。