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专利号: 2023101246775
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、根据卫星的虚拟位置对卫星网络进行分区形成网格,并选择网格内上层星座中心节点作为主动建链节点;

S2、将链路通信距离、相对角速度、仰角作为影响跨层链路通断的物理条件,并作为节点选择约束条件;

S3、将链路传输信噪比、节点缓存队列、链路持续时间作为影响跨层链路通断的资源条件,并进行分析建模;

S4、使用多属性决策模型对节点资源各参数进行建模,并作为节点效用评估函数,计算节点各参数权重值,并从候选节点中选择效用值最大的节点与主动建链节点建立可靠跨层链路。

2.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法,其特征在于,所述步骤S1包括:将卫星轨道所在的整个空间划分为若干立方体,即空间网格;每个网格中包括众多不同高度的卫星节点,可根据网格中卫星节点在地球坐标系中的坐标值区分卫星节点高度;并选择网格中高层轨道中心节点作为主动建链节点。

3.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法,其特征在于,链路通信距离作为影响跨层链路通断的物理条件之一,其公式表示为:其中,dij表示卫星节点vi和卫星节点vj间的链路通信距离,si(xi,yi,zi)和sj(xj,yj,zj)为卫星节点vi和卫星节点vj在地心坐标系中的位置坐标。

4.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法,其特征在于,相对角速度作为影响跨层链路通断的物理条件之一,其数值为单位时间内的相对转向角,其公式表示为:其中,wij为单位时间内卫星节点vi和卫星节点vj的相对转向角;表示地心到卫星节点vj的距离,表示地心到卫星节点vi的距离; 为卫星节点vi和卫星节点vj的相对速度。

5.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络建立跨层链路的方法,其特征在于,仰角作为影响链路通断的物理条件之一,其公式表示为:2

其中,vp=sj‑(si·sj)si/||si|| 为两个卫星节点vi和卫星节点vj的位置;dij为卫星节点i和卫星节点j之间的链路通信距离。

6.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法,其特征在于,所述链路传输信噪比SNR作为影响跨层链路通断的资源条件时包括:若所述链路传输信噪比SNR小于中断阈值sm导致链路不可用的概率表示为:其中, hij表示卫星节点i到卫星节点j的链路损耗因子;dij表示卫星节点i到卫星节点j之间的链路通信距离;γ表示信号在空间传播产生的路径损耗指数;Pt表示发送端的发射功率;Nij表示表示方差为 的加性高斯白噪声,G表示信号增益,N0表示噪声的功率谱密度。

7.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法,其特征在于,所述节点缓存队列作为影响跨层链路通断的资源条件时包括:若所述卫星节点在t1时刻的节点缓存队列状态小于最大缓存队列长度F的概率为:Pb(t)=p(a+x‑y≤F)=ΣfX(x,λΔt)fY(y,a+x)

其中,a为节点在t0时刻已使用的缓存队列长度;x为Δt时间内节点接收数据包的数量,卫星节点的数据包达到过程服从泊松分布,到达率为λ;y为Δt时间内节点成功处理数据包的数量,数据包成功发送概率服从二项分布。

8.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法,其特征在于,所述链路持续时间作为影响跨层链路通断的资源条件时包括,所述链路持续时间的计算公式表示为:其中,Dij为卫星节点j在卫星节点i通信范围内的运动距离, 为卫星节点i到卫星节点j相对速度 的模。

9.根据权利要求1所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法,其特征在于,所述使用多属性决策模型建模得出的节点效用评估函数表示为:s.t.C1 Up(vi)=1

其中,U(vi)表示节点vi的总效用函数值; 表示节点vi的信噪比约束条件; 表示节点vi的节点缓存队列约束条件; 表示链路lij的链路持续时间约束条件; 表示信噪比在所有属性中所占权重; 表示节点缓存队列在所有属性中所占权重; 表示链路持续时间在所有属性中所占权重;约束C1表示目标节点对需要满足其物理运动条件;约束C2表示链路效用值和决策属性的效用值范围都应在[0,1]之间;约束C3表示所有属性权重之和为1。

10.根据权利要求9所述的一种多层低轨卫星网络中跨层链路的建立方法,其特征在于,各属性所占权重的计算方式包括采用基于相关系数法和信息熵权法的博弈方法确定出链路传输信噪比、节点缓存队列、链路持续时间的参数属性;根据各个属性对决策方案的影响定义相关系数,并使用所述相关系数对各个参数属性赋权,利用相关系数法得到各个参数属性的权重;采用信息熵权法得到各个参数属性的权重;对使用相关系数法得到的属性权重与使用信息熵权法得到的属性权重进行混合策略;通过博弈选择平衡点,构造拉格朗日函数计算得到最终的属性权重。