[发明专利]一种对地观测LEO卫星数据的博弈缓存多路径传输方法

说明书

本发明公开了本发明公开的一种对地观测LEO卫星数据博弈的缓存多路径传输方法，本发明通过以下技术方案予以实现：利用缓存节点GEO，当多个LEO同时与地面站(ES)建立联系时，通过利用ES Time Sharing Graph技术，计算每个LEO与ES的联系窗口时间TS_i，根据TS_i预留适当数据量，在LEO与ES联系窗口时间优先利用的前提下，其余数据，基于Stackelberg博弈模型得到多个LEO卫星节点在缓存节点GEO的数据缓存方案，然后利用LEO‑ES和LEO‑GEO‑ES两个传输路径，将对地观测数据传输到地面站。本发明提高了数据下载吞吐量、降低了系统整体的传输时延。

技术领域

本发明属于LEO卫星网络传输技术领域，涉及一种对地观测LEO卫星数据的博弈缓存多路径传输方法。

背景技术

对地观测图像采集作为LEO卫星的主要应用之一，在环境科学、气象学、地球科学、军事侦察等领域发挥着重要作用。为了保证图像质量，对地观测LEO卫星通常需要较低的高度。由于轨道高度、频带和信道条件等原因，LEO卫星扫过地面站(ES)的持续时间有限，这使得一些LEO卫星不可能在接触时间内将收集到的数据全部传送到地面。由于一颗LEO卫星重新连接地面站的等待时间较长，无法保证延迟要求。

缓存已被证明是提高LEO卫星网络在服务质量(QoS)、时延和吞吐量方面的系统性能的一种有效方法。在多层LEO卫星网络结构中，利用GEO节点改进网络性，基于博弈论的单GEO节点为多LEO卫星内容缓存的方案，有效解决了因负载不均衡而导致的拥塞问题，进而提高系统吞吐量。现有的研究要么只考虑用GEO节点做缓存，研究了GEO节点的资源分配问题，要么考虑利用LEO卫星星间链路从路由的角度去提升吞吐量，忽略了LEO卫星与地面站之间可见时间的利用率以及LEO卫星能源问题。另外，由于缓存LEO卫星存储资源有限，当多个LEO卫星节点需要向缓存节点上传数据时，他们之间就会存在竞争。所以如何兼顾能源及遥感LEO卫星网络中星地图像传送输速率低和LEO卫星获取图像数据率高之间的矛盾，同时满足提高对地观测LEO卫星网络整体吞吐量的要求，是一个关键问题。

本发明综合考虑LEO卫星相对地面站的联系时间、GEO节点的能源成本、LEO卫星节点的利用率，针对对地观测LEO卫星网络的海量数据，提出一种利用中继节点及联系窗口时间的缓存多路径传输策略，充分利用星间链路，降低数据传输总体延迟，最大化LEO卫星到地面站的数据吞吐量。

发明内容

本发明的目的是提供一种对地观测LEO卫星数据的博弈缓存多路径传输方法，提高了数据下载吞吐量、降低了系统整体的传输时延。

本发明所采用的技术方案是，一种对地观测LEO卫星数据的博弈缓存多路径传输方法，包括以下步骤：

步骤1、利用STK模拟LEO卫星网络，获得LEO卫星S_i＝{S₁，S₂，…，S_i-1，S_i}的与ES的联系窗口时间集合T＝{S_1s，S_2s，S_1e，S_3s，…，S_is，…，S_ie}，其中S_is和S_ie分别为LEO卫星S_i与ES联系窗口的开始时间和结束时间；

步骤2、对步骤1中的联系窗口时间集合T利用插入排序法升序排序，得到升序联系窗口时间集合T'；

步骤3、基于T'中的时间点，将升序联系窗口时间集合T'中的每两相相邻时间点之间定义为一个时间片段，LEO卫星与地面站的联系窗口时间线分成t＝{t₀，t₁，…，t_2i-1}个时间片段；