[发明专利]一种巨型低轨卫星网络轻量级的星间切换装置及方法

说明书

一种巨型低轨卫星网络轻量级的星间切换装置及方法，属性提取子模块提取用户信息存储单元中每个切换用户的属性，依据每个切换用户的属性，由聚类器子模块对切换用户分簇形成用户簇，再由决策集生成器子模块生成每个用户簇的目标卫星集，根据低轨卫星信息存储单元中的管理域信息，判断每个低轨卫星中所有用户簇的目标卫星集中的每个目标卫星是否属于管理该低轨卫星的切换决策节点管理域内的低轨卫星，若是，则由中心式决策单元实现星间切换，否则，由分布式决策单元实现星间切换。本发明实现了轻量级的星间切换，降低了切换决策开销，提高了低轨卫星的资源利用率。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及卫星通信技术领域中一种巨型低轨卫星网络轻量级的星间切换装置及方法。本发明可以用于巨型低轨卫星网络中切换用户的目标卫星选择，依据切换用户的属性，通过FCM聚类方法对切换用户分簇形成用户簇，中轨卫星或者地面站作为切换决策节点实现为用户簇选择目标卫星的目的。

背景技术

以卫星星座系统为重要组成部分的天地一体化信息网络，是支撑我国经济发展及国防信息化建设的重要网络基础设施，已成为我国“新基建”的重点发展方向。为了满足日益增长的宽带无线接入需求，卫星星座逐渐趋于规模化，最终将形成上万颗卫星组成的巨型卫星星座，其中巨型低轨卫星星座更是由于其低成本、低时延的特点受到学术界和产业界的广泛关注，典型星座代表有Space-X系统，该系统现已发射600余颗低轨卫星，最终卫星数目将达到4万颗。巨型低轨卫星星座拥有以“两极覆盖”实现全球无缝连接，以“低时延”实现与5G应用场景融合，以“批量化建设”实现成本可控等独特优势，但是低轨卫星具有角速度大，高速移动的特点，导致与用户可见时间短，单颗卫星无法为用户提供持续服务问题。同时，用户数量规模的增加，带来了用户的目标卫星选择难、星间切换决策开销大、卫星负载失衡等问题，使得星间切换效率低，卫星资源利用率低。为了保障用户的服务连续性、维持卫星负载均衡，如何高效地为用户选择目标卫星是巨型低轨卫星网络星间切换技术需要解决的关键问题。

北京邮电大学在其申请的专利文献“一种卫星网络切换方法及装置”(申请日：2017年6月30日，申请号：201710530650.0，申请公布号：CN107241135A)中公开了一种卫星切换方法及装置。该专利申请公开的装置包括模型确定模块、输入量获取模块、推理结果确定模块、切换因子确定模块以及切换模块。其中输入量获取模块需要获取所述用户终端以及覆盖所属用户终端的至少一个卫星的至少一个输入量，而切换模块最终根据切换因子模块提供的每个卫星的切换因子，选取最大的切换因子对应的待切换卫星作为目标卫星，将用户终端切换到目标卫星下。该装置存在的不足之处是，输入量模块中没有考虑到当输入量增加时，模糊推理准则的数量呈指数增长，计算的复杂度将会增加，大大增加了模糊推理的时间，从而导致选择目标卫星的判决时间将会延长。

北京理工大学，中国电子科技集团公司第五十四研究所共同申请的专利文献“一种低轨卫星通信中基于负载均衡的联合切换方法”(申请日：2019年11月12日，申请号：201911102886.X，申请公布号：CN110809292A)中公开了一种卫星切换方法。该方法的具体步骤为：第一步，判断是否存在过载卫星来决定是否触发切换，并由基于移动用户接收相邻卫星的信号强度，以及相邻卫星负载情况的多属性决策的目标卫星选择方法选择合适的目标卫星；第二步，判断源卫星与目标卫星的参考信号接收功率和参考信号接收质量满足切换触发条件的时间是否大于时间迟滞门限来决定是否触发切换；第三步，若步骤1和2满足切换触发条件，则通过此发明提出的星间切换流程执行切换。该方法存在的不足之处是，多属性决策方法对权重的计算方法依赖性较大，面向低轨卫星网络将影响切换选择策略的可靠性，导致低轨卫星的资源利用率下降。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种巨型低轨卫星网络轻量级的星间切换装置及方法，用于解决在巨型低轨卫星网络中切换用户数量增加时，选择目标卫星的判决时间将会延长，切换决策开销增加的问题以及切换选择策略的不可靠性引起的低轨卫星的负载不均衡，低轨卫星的资源利用率下降的问题。