[发明专利]一种基于星间通信系统的星间链路管理单元

说明书

一种用于编队卫星星间通信系统的星间链路管理单元，该星间链路管理单元具有多通道并行捕获技术、转发延时动态技术和处理器、队列式多路由通信技术和处理器与多路信息优选技术构成一套完整的信息交换的系统，在不同星间距离、星间情况下，使这一套完整的信息交换的系统能够对至少两路星间基带对一组星间射频通道的数据进行收发处理、信息交换和速率调整，卫星经由星间链路传输的信息来源较多，由于不同数据的重要性均不同，从而使得不同数据之间具有转发优先性，即不同的数据对转发时效性、时延要求均不同，处理器根据时标特性对多通道输出的数据进行筛选，选择最新数据后更新本地星间数据池，确保数据的时效性和连续性。

分案说明

本分案申请的原始基础是申请号为201910225386.9、申请日为2019 年3月22日，发明名称为“一种基于编队卫星的星间通信系统及方法”的专利申请，其要求了申请号为201910052869.3的专利申请的优先权，优先权日为2019年1月23日。

技术领域

本发明涉及通信技术技术领域，尤其涉及一种基于编队卫星的星间通信系统的星间链路管理单元。

背景技术

在空天地一体化网络中，多颗不同轨道上、不同种类、不同性能的卫星形成星座覆盖全球，星间、星地链路将地面、海上、天上和空中的用户、飞行器以及各种通信平台密集联合。卫星网络系统作为获取、融合、分发、处理空间信息或资源的主要手段和途径，在气象预测、环境与灾害监测、资源探测、导航定位、通信广播、数字化城市和数字地球等方面，具有特殊的功能及作用。

同步轨道卫星相对于地面是静止不动的，移动管理非常方便，而且覆盖范围也很大，但是从提供通信服务的角度看，近地轨道卫星相比于同步轨道卫星有很多重要的优点，比如，较低的传播时延，较低的功率消耗，更有效的频谱分配，所以卫星通信中主要使用的是近地轨道(Low Earth Orbit，LEO) 卫星。近地轨道卫星运行速度很快，所以其移动管理是一个问题。低轨卫星星座中，单颗卫星覆盖面积较小，星地链路持续通信时间较短，如Iridium 系统，单颗卫星对地面某个用户的最大持续服务时间仅为10min，从端到端来看，卫星网络链路两端的两颗接入卫星大约每隔4到5分钟要切换一次。当近地轨道卫星经过地表上空的时候，卫星和地面站之间的链路会经常的切换；在近地轨道卫星通过极地附近时，由于卫星位置的相对变化，星间链路也会面临切换；另外两条运行方向不同的轨道之间，卫星之间的链路切换会更加频繁。链路的切换可以导致正在传递的数据包的丢失，这些丢失的数据包会导致很多重路由的问题，这加重了卫星网络中的额外开销，降低了卫星网络的吞吐量，提高了丢包率。卫星网络跟地面网络相比有两个特点：链路传播时延长以及周期性移动。针对卫星网络周期移动的特点，国内外学者提出了一些有限自动机模拟卫星移动规律的模型。

链路切换方案的基本功能为，在卫星链路需要切换时，重新选择连接卫星，重新计算卫星通信网络拓扑，重新计算路由，实现卫星链路和星间路由的重构，迅速恢复暂时中断的通信。切换方案的关键问题是，减少切换过程的影响，保证新建切换链路满足一定的带宽和时延等服务质量(QoS)要求，提高卫星通信网络资源利用率。

卫星与卫星间通过星间链路(ISL)互相连接，随着卫星的移动，会发生链路切换。另外，卫星接近极地时，关闭与邻居轨道卫星间的ISL，经过这些ISL的通信连接需要切换到其它链路。典型的协议是概率路由协议 (Probabilistic Routing Protocol，PRP)，PRP利用卫星网络拓扑结构的可预知性，在新连接路径建立阶段，去掉在其通信生存期内或卫星切换前可能经历链路切换的ISL，在这个新形成的卫星网络拓扑结构的基础上计算路由。协议中采用的QoS约束条件是时延约束。PRP优点是可以减少因链路切换引起的路径重选次数，缺点是通信生存期存在不可预测性，导致对于链路切换屏蔽的时机并不精确，无法达到对于链路切换管理最理想的效果。其他的链路切换解决方法包括：Nguyen等人提出的基于IP的多跳LEO星座中，满足QoS需求的同时，减少每个连接需要的链接切换次数的路由方法。Chen 提出的减少时延和链路切换的概率的路由方法。这两种方法中的QoS约束条件也是时延约束。