[发明专利]低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法

说明书

本发明公开了一种低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法，该方法包括：每个卫星分配一个二元数组(v,h)作为虚拟节点的虚拟地址，表示其为第h个轨道面第v颗卫星；假定与卫星运行轨道平面保持相对静止的天球，每个虚拟地址在天球中对应的区域为固定区域；通过更新卫星的虚拟地址实现卫星与天球区域一一映射；卫星运行过程中h地址保持不变，v地址随卫星纬度变化而更新；将天球区域划分为四个区域，分别为虚拟北极区、虚拟南极区、第一连通区和第二连通区，第一连通区和第二连通区位于虚拟北极区和虚拟南极区之间并通过缝隙隔开。本发明的低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法，通过虚拟地址更新实现了静态的虚拟网络拓扑。

技术领域

本发明涉及卫星网路拓扑技术领域，尤其涉及一种低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法。

背景技术

近年来，基于低轨(LEO)卫星星座构建的卫星网络系统不断涌现，是未来天地一体化信息网络的发展重点。LEO极轨道星座是应用最广泛的星座类型，具有低时延、覆盖性能优的特点。由于极区和地球自转影响以及异轨卫星存在相位差问题，在该类型星座中星间链路(ISL，inter-satellite links)切换频繁，主要表现为：1、极区异轨星间链路(H-ISL)中断与重建：极区异轨星间链路(H-ISL)方向变化剧烈，因此在卫星飞入极区时H-ISL断开，飞出极区时H-ISL重建。2、跨缝隙不建立H-ISL：第一轨道面和第n₂轨道面卫星运动方向相反，H-ISL难以维持，此处不建立H-ISL，形成两个相隔180°的缝隙。3、异轨卫星相位差存在时非同步切换：当异轨卫星间相位差不为0时，由H-ISL相连的卫星(定义为同一行卫星)相位不同，先后飞越极区边界时，会出现同行卫星H-ISL非同步中断或重建问题。

卫星网络拓扑动态性给网络移动性管理和路由算法设计带来巨大挑战。目前用于屏蔽拓扑动态性的方法主要是虚拟节点(VN，Virtual Node)法。该方法通过对地理区域进行网格划分，将每个网格作为虚拟节点并分配一个虚拟地址，将卫星与地理网格一一对应。同时卫星采用地球足印固定模式，在运动过程中对准固定的地理网格，当卫星飞越对应网格后由同轨道面下一颗卫星接替，且继承上一卫星的虚拟节点地址和网络状态，从而实现在虚拟节点网络中的静态拓扑。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于虚拟节点与地理区域绑定，当考虑地球自转时，地理网格与其对应的卫星经度差越来越大，卫星对该地理网格的天线偏转角也越来越大，同时当地的通信仰角逐渐减小,直至通信仰角减小至0。此时该轨道面内卫星无法继续对该地理网格实现覆盖，虚拟拓扑被迫发生重构。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法。具体技术方案如下：

一种低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法，所述方法包括：

对于n₁个轨道面采用π型分布沿赤道均匀分布，每轨道面包含n₂颗均匀分布的卫星的LEO极轨道星座，相邻轨道间升交点赤经差为ΔΩ＝π/n₁，同一轨道面内相邻卫星相位差为ω_f＝2π/n₂，所有卫星轨道高度相同且轨道倾角为近90°，当相位因子为F时，异轨卫星相位差为Δf＝2πF/(n₁n₂)，0≤F≤n₂-1，F为整数；

每个卫星分配一个二元数组(v,h)作为虚拟节点的虚拟地址，表示其为第h个轨道面第v颗卫星；

假定与卫星运行轨道平面保持相对静止的天球，每个虚拟地址在天球中对应的区域为固定区域；

通过更新卫星虚拟地址实现卫星与天球区域一一映射，h地址由西向东编号h＝1,2,...,n₁；v地址沿卫星移动方向编号v＝1,2,...,n₂；