[发明专利]基于全局业务分布的馈电链路切换方法

权利要求书

1.一种基于全局业务分布的馈电链路切换方法，其特征在于，包括：

在进行馈电链路分配时，根据地面已有业务分布，将所有地面站按照所在区域的业务量进行排序，按照优先级依次为地面站的多个天线分配落地星；以及

在为地面站分配落地星时，根据卫星可视时间、馈电链路速率、星上负载量三个参数，在优化星地间网络容量的同时，最大程度的将星上需要落地的数据进行下传，以提高馈电链路利用率；

在卫星工具包中建立低轨卫星网络模型与地面站模型，观测地面站与低轨卫星网络卫星节点之间的切换关系，并统计某时间段内地面信关站的可视卫星及可视时间；

以信关站部署密集的区域分布为主，并在其他陆地边缘部署地面站；

低轨卫星星座的分析模型以极轨道构建空间信息网，设置单星星下扫描半锥角；

根据以上仿真条件进行仿真，获取地面站与卫星馈电链路结论；

地面站与卫星馈电链路结论包括：

在同一时间，地面站能够与多颗卫星构成馈电链路；

单个地面站的可见卫星数量与纬度、卫星轨道以及卫星星下半锥角有关；

其中卫星的轨道高度、轨道间隔以及星下半锥角决定相邻卫星间的重叠区域；

基于全局业务分布的馈电链路切换方法还包括：

根据地面站与卫星馈电链路结论，得到地面站在不同纬度上同时可见的卫星数；

根据地面站与卫星馈电链路结论，在多颗可视卫星中选择其中的几颗卫星建立馈电链路，以使星地之间的网络吞吐量达到最大且使得各地面站之间负载均衡；

地面控制中心根据设计的轨道构型与卫星星座运行的规律，计算在轨道运行期间进入各地面站的可视卫星、以及其进入与离开可视区域的时间；

根据星地间馈电链路切换模型，T_i表示地面站U_i在轨道运行周期内与m颗卫星间的可视时间矩阵，其中T_i的第j列表示地面站U_i与卫星节点S_j间的关系，表示地面站U_i进入卫星节点S_j覆盖区域的时间，表示地面站U_i离开卫星节点S_j覆盖区域的时间；

公式(1)表示地面站U_i与卫星节点集S在一段时间内的可见关系，地面站在卫星节点覆盖域内的可见时间不等于馈电链路的可通信时间；

在地面站U_i与卫星节点S_j可见时间范围内，需要除去地面站U_i将天线方向从上一颗连接的落地星转向该卫星的转向时间，△t_ij表示地面站U_i的转向时间，△t_ij与地面站U_i前后将要连接的两颗卫星相对U_i的位置有关，根据卫星星历数据计算得出；

若U_i在t_-时刻没有连接落地星，则△t_ij＝0；T_ij(t)表示在时刻t卫星S_j与地面站U_i的剩余可通信时间；

链路状态好的卫星与地面站有更高的建链优先级，在实际的卫星场景中，卫星相对地面站距离近、仰角高时具有更好的信道质量；

将星地间馈电链路的速率与距离相联系，B_ij(t)表示在时刻t卫星S_j与地面站U_i间的链路速率；

其中D_min表示卫星轨道处于地面站U_i正上方、仰角为90°时星地之间的距离，d(t)表示时刻t卫星S_j与地面站U_i间的链路距离，由地面控制中心计算得到，B表示星地间具有最佳位置时的链路速率；

当d(t)＝D_min时，卫星S_j与地面站U_i间的链路速率达到最佳；

低轨卫星网络中，卫星节点间通过星间链路协同工作，有数据落地需求但无法跟地面站直接建立连接的卫星，将数据通过路由传输给可落地星；

根据不同卫星星下用户数、单用户产生的业务量不同，总用户数据量存在差别，不同卫星所承载的流量不同，为不同负载的卫星区分落地优先级；

根据卫星承载的业务数与数据量反映卫星当前负载状况，C_j(t)表示时刻t卫星S_j的负载量；

其中，k代表其他星产生的业务或卫星S_j的原发业务，表示在t时刻业务k需要通过卫星S_j下传的数据；

将剩余可通信时间、链路速率和卫星负载状态进行归一化，将各数据进行相对值变化如下：

其中N_i(t)表示t时刻地面站U_i的候选卫星集，T′_ij(t)与B′_ij(t)均是原数据的直接归一化；

C′_ij(t)的原数据C_j(t)负载状态与地面站无关，通过将C_j(t)与地面站U_i的候选卫星集N_i(t)内的数据比较，进行归一化，得出卫星S_j相对地面站U_i的负载状态，以进行最终的决策；

卫星S_j在地面站U_i候选卫星集N_i(t)内的最终选择参数为Q_ij(t)，计算方式如下：

Q_ij(t)＝λ₁T′_ij(t)+λ₂B′_ij(t)+λ₃C′_ij(t)…(8)

其中λ₁、λ₂、λ₃的大小设置代表剩余可通信时间、链路速率和卫星负载状态在最终决策中所占的比例。