[发明专利]基于数据驱动的星间链路调度方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于数据驱动的星间链路调度方法及系统，通过将连续时间段进行离散化处理，得到离散后的每个时间片上的卫星状态即境内星还是境外星，将每个时间片上的卫星视为节点，将卫星产生的数据看成商品，构建时变网络多商品流模型，将一个卫星空间位置连续变化的星间链路调度问题转化为一个具有时变特性的多商品流问题，因此得到星间链路调度方法。实验表明，与其他方法相比，本发明提出的方法具有更好的优化性能和质量，以900颗卫星星座为研究对象中，在没有影响通信质量的情况下将其通信时延降低了40％左右。

技术领域

本发明属于卫星任务调度规划领域，尤其是涉及一种基于数据驱动的星间链路调度方法及系统。

背景技术

航空航天技术和无线通信技术得到了迅速发展，尤其是卫星资源在卫星物联网、遥感遥测、导航增强等方面发挥重要作用。目前单一卫星资源已经无法满足人们的实际需求，需要使用多颗卫星组网技术执行相关任务。例如GPS导航系统和北斗导航系统是由高轨道卫星和中轨道卫星以及对地静止轨道卫星等组成，用来执行全球定位、测距任务；OneWeb星座计划、Starlink计划以及中国航天企业提出的鸿雁、虹云的卫星网络建设计划主要服务于全球通信任务，包括语音、数据等移动服务，电视节目、应急通信等固定服务以及互联网、物联网、多媒体等新型服务。所以面对用户规模的不断扩张、海量的任务需求、数据传输的爆炸式增长，卫星网络将会承受巨大的压力。另外，随着“星地一体化”、“空天一体化”以及“智能星群”等新兴技术的相继提出，星间信息通讯也逐渐成为关键技术。所以如何改进卫星星座的网络结构、提升卫星数据传输效率以及进行有效的星间管理是一个急迫解决的问题。而优化星间链路调度则是解决该问题的重要途经。

星间链路是指一条连通两个卫星的无线通讯链路。星间链路调度则是指一个星座内决策在什么时间，卫星之间的建链关系。星间链路的作用是可以将测控弧外的数据传回到地面的管控部门。星间链路调度的功能是高效的将测控弧外的数据传回地面站。星间链路调度问题ISLSP(inter-satellite link scheduling problem)主要有三个难点，①卫星相对地球的位置是时刻变化的(除静止轨道卫星)，这将导致整个过程是连续变化的，难以通过优化手段进行求解；②星座卫星数量多，时隙多，问题解空间巨大。一个星座内有R颗卫星、一个周期的时间为T_z，星与星之间的平均一个可见时间段为T秒，数据传输过程需t秒(包括建链、传输、断链过程)，那么其解空间为③卫星连接约束复杂，求解难度高。为了保证卫星之间信息传输时，链路具有速度快、精度高、抗干扰强的特点。所以目前卫星连接使用的是窄波束星间链接，这种连接方式导致在某一时刻卫星仅能进行一次建链且是双向建链。此外，星座规模巨大。低轨通信卫星星座主要目的是实现全球组网，为全球的人与物实现移动通信保障与宽带通信服务。所以其在进行全球覆盖时必然会导致星座规模的增大。一般低轨通信卫星星座规模是常规导航星座的几倍到几十倍之间。②星间可见时间短。由于低轨卫星一般的轨道高度在500km-1500km之间，系统运行周期少于2小时。所以其可见时间相对中高轨卫星可见时间是极短的。③要求毫秒级的数据传输速度。虽然低轨卫星具备轨道低、信号延迟和衰减率低的优点，但其对数据传输速度要求较高，需要达到毫秒级传输速度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是怎样快速在大量的低轨卫星间快速构建星间链路，从而进行星间的数据传输，提出了一种基于数据驱动的星间链路调度方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于数据驱动的星间链路调度方法，包括以下步骤：

步骤1：获取参与调度的任务集与卫星集；

步骤2：将连续时间段进行离散化处理，得到离散后的每个时间片上的卫星状态即境内星还是境外星，将每个时间片上的卫星视为节点；

步骤3：在每个时间片上增加一个终点卫星节点和一个虚拟层中间节点，将卫星上产生的数据看作商品，根据每个时间片上的卫星状态构建时变网络多商品流模型；