[发明专利]空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法

说明书

本发明公开了空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，属于空天地物联网技术。包括以下步骤：S100、根据地面网络拓扑结构，对地面的物联网节点进行分簇，选出簇头，信息由地面源节点汇集至簇头；S200、根据t时刻空天地融合网络的网络拓扑结构、发射功率、衰落损耗、收发端天线增益参数，得到地面‑飞机、地面‑卫星和卫星‑卫星间的通信容量，从而计算簇头节点利用飞机传输方案和利用卫星传输方案的时延；S300、簇头节点针对借助飞机和卫星两种传输方案，规划以最小化传输时延为目标的路由传输方案；S400、根据目标传输方案得到信息传输结果。本发明满足了全球绝大部分地区的业务需求。

技术领域

本发明涉及空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，属于空天地物联网技术。

背景技术

随着移动通信和互联网的普及，不论在用户使用数量和业务需求方面，人们对于网络的要求都越来越高，互联网也逐渐成为多数人生活中的必需品。但与日益增长的需求相背而驰的是互联网的覆盖率，研究结果表明，地面上无线网络的覆盖率仅仅占地球表面积的7％-8％，远远低于设想的全球网络无线覆盖。在这样的背景下，一种能够集空、海、陆为一体的空天地一体化网络应运而生。

空天地一体化网络由于包含了较多的动态节点和性质较差的链路，具有拓扑变化频繁，信道条件恶劣等特点。针对大规模的卫星星座，卫星的高速运动使得网络环境高度动态，星上资源受限的环境也限制了单个卫星的传输与处理能力，如何在这样复杂的环境当中实现自身的高效组网和数据传输；针对飞机高速移动的动态环境，如何利用密集航线实现低复杂度、低开销的路由传输；针对地面用户的接入需求，卫星网络的天然优势可以弥补地面网络在覆盖范围、广域传输上的短板，然而星地、空地之间不同的传输模式，使得二者之间的高效调度与协作显得困难重重，如何组建有效的协同机制来提供高质量的通信服务等等。目前诸如卫星路由、星地协同及多层路由融合等方面的工作均处于初步研究阶段，特别是针对新兴的大规模低轨小卫星网络，缺乏完备的方案设计。因此，针对空天地一体化信息网络的相关研究还有待继续探索。

发明内容

本发明提出了空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，将这些节点的数据汇聚到自组织网络的中心节点处，再由中心节点将数据上传至空中的卫星或飞机网络，以解决现有技术中存在的问题。

空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法，空天地网络中最小化传输时延的预判决路由方法包括以下步骤：

S100、根据地面网络拓扑结构，对地面的物联网节点进行分簇，选出簇头，信息由地面源节点汇集至簇头；

S200、根据t时刻空天地融合网络的网络拓扑结构、发射功率、衰落损耗、收发端天线增益参数，得到地面-飞机、地面-卫星和卫星-卫星间的通信容量，从而计算簇头节点利用飞机传输方案和利用卫星传输方案的时延；

S300、簇头节点针对借助飞机和卫星两种传输方案，规划以最小化传输时延为目标的路由传输方案；

S400、根据目标传输方案得到信息传输结果。

进一步的，在S200中，计算簇头节点利用飞机传输方案和利用卫星传输方案，具体方法为：

通信容量的计算公式为：

其中，L_s为自由空间传输损耗，L_a为其他损耗，G_T为发射天线增益，P_T为发射功率，T_s为等效噪声温度，G_R为接收天线增益，(ε_b/N₀)_req为比特信噪比，通过上式计算出地面用户-飞机上下行、地面用户-卫星上下行及卫星-卫星通信容量，