一种多低轨卫星最优路由选择方法及系统与流程

1.本发明涉及卫星通信技术领域，特别是指一种多低轨卫星最优路由选择方法及系统。


背景技术：

2.随着5g、6g网络的发展，新一代网络与低轨卫星通信网络的融合势不可挡。leo(low earth orbit,低轨)卫星通信系统作为低轨卫星通信中的一种重要通信手段，具有传输时延低、通信带宽大、信号损耗小、覆盖性广的特点，利用低轨卫星通信系统能够实现远距离传输，满足移动宽带服务。低轨星座低轨卫星系统的研究是国内外的热门领域，5g与低轨卫星网络的结合体现在互联互通，是地面移动网络和低轨卫星通信网络的联合通信，而6g的目标，是实现空天地一体化融合网络，互联网、移动网和天基网相互融合，低轨星座的重点研究将会为未来移动网络的发展提供很大的发展前景。
3.leo星座低轨卫星系统常见的组网方式有“天星地网”和“天基组网”两种方式。“天星地网”的组网方式是采用透明转发的方式，低轨卫星需要借助地面信关站实现低轨卫星间的通信；“天基组网”的组网方式是采用处理转发器的工作方式，低轨卫星之间建立星间链路达到全球通信的目的。天地混合组网的方式具有透明转发和星上处理的能力，在实际部署中更符合通信业务的需求。
4.但是，由于低轨星座低轨卫星相对地面用户在做高速运动，对地面用户来说低轨卫星处于频繁切换的状态，通信链路也在不停地变换，加上目前硬件限制和性能的不成熟，leo星座低轨卫星的通信难以保障。用户分布不均，易导致某些地区的通信拥塞较大，如何减小星地跳数和通信延迟，获取高质量的通信业务和流畅的通信体验，是现在亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中用户终端设备需要频繁地在不同的卫星之间切换导致通信业务终端的问题，本发明实施例提供了一种多低轨卫星最优路由选择方法及系统。所述技术方案如下：
6.一方面，提供了一种多低轨卫星最优路由选择方法，该方法由多低轨卫星最优路由选择系统实现，所述多低轨卫星最优路由选择系统包括用户的终端设备、地面基站以及低轨卫星，该方法包括：
7.s1、所述终端设备与所述地面基站建立数据连接，所述终端设备向所述地面基站发送第一通信请求；
8.s2、所述地面基站接收到第一通信请求之后，进行星历计算；所述地面基站向处于波束覆盖区域内且能够提供业务服务的低轨卫星发送第二通信请求；
9.s3、所述低轨卫星接收到第二通信请求之后，通过测距通信一体化模块进行星间测距，根据测距结果进行拓扑更新和路由计算，获取更新后的星座拓扑信息和路由计算后
的结果；
10.s4、所述低轨卫星将更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果发回给所述地面基站；
11.s5、所述地面基站根据实时跟踪的低轨卫星中的业务量，评估低轨卫星的拥塞概率；
12.s6、所述地面基站根据计算所得的低轨卫星的拥塞概率、低轨卫星发回的星座拓扑信息和路由计算后的结果，选择出一条拥塞概率小且路径长度较短的低轨卫星通信路径；
13.s7、所述终端设备按照所述地面基站选择好的低轨卫星通信路径进行通信。
14.可选地，所述第一通信请求中至少包括设备身份信息、时间戳、安全校验位和通信请求。
15.可选地，所述s2的所述地面基站接收到第一通信请求之后，进行星历计算，包括：
16.所述地面基站接收到第一通信请求之后，进行星历计算，得到低轨卫星的状态信息、低轨卫星的波束参数以及低轨卫星的资源信息，其中，所述低轨卫星的状态信息包括低轨卫星过顶切换的时刻、过顶低轨卫星和切换低轨卫星的身份信息以及切换校验信息，所述低轨卫星的资源信息包括通信速率、通信编码、发射功率和接收功率。
17.可选地，所述s3中的根据测距结果进行拓扑更新和路由计算，包括：
18.根据测距结果，所述低轨卫星的拓扑结构根据距离远近和方位进行排布，更新替换旧的拓扑，生成多条星间通信路径。
19.可选地，所述s6中的所述地面基站根据计算所得的低轨卫星的拥塞概率、低轨卫星发回的星座拓扑信息和路由计算后的结果，选择出一条拥塞概率小且路径长度较短的低轨卫星通信路径，包括：
20.所述地面基站按照拥塞概率从大到小的顺序，对低轨卫星进行排序；
21.获取预设的拥塞概率阈值，将所述拥塞概率大于或等于所述拥塞概率阈值的低轨卫星排除；
22.将排除后剩下的低轨卫星按照星座拓扑信息和路由计算后的结果判断星间链路的路径长短，并按照路径由短到长对星间链路进行排序；
23.选择重新排序后路径最短的星间链路作为低轨卫星通信路径。
24.另一方面，提供了一种多低轨卫星最优路由选择系统，该系统应用于多低轨卫星最优路由选择方法，该系统包括：
25.所述系统包括用户的终端设备、地面基站以及低轨卫星；其中：
26.所述终端设备，用于所述地面基站建立数据连接，向所述地面基站发送第一通信请求；按照所述地面基站选择好的通信链路进行通信。
27.所述地面基站，用于接收到第一通信请求之后，进行星历计算；向处于波束覆盖区域内且能够提供业务服务的低轨卫星发送第二通信请求；根据实时跟踪的低轨卫星中的业务量，评估低轨卫星的拥塞概率；根据计算所得的低轨卫星的拥塞概率、低轨卫星发回的星座拓扑信息和路由计算后的结果，选择出一条拥塞概率小且路径长度较短的低轨卫星通信路径；
28.所述低轨卫星，用于接收到第二通信请求之后，通过测距通信一体化模块进行星
间测距，根据测距结果进行拓扑更新和路由计算，获取更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果；将更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果发回给所述地面基站。
29.可选地，所述第一通信请求中至少包括设备身份信息、时间戳、安全校验位和通信请求。
30.可选地，所述地面基站，进一步用于：
31.所述地面基站接收到第一通信请求之后，进行星历计算，得到低轨卫星的状态信息、低轨卫星的波束参数以及低轨卫星的资源信息，其中，所述低轨卫星的状态信息包括低轨卫星过顶切换的时刻、过顶低轨卫星和切换低轨卫星的身份信息以及切换校验信息，所述低轨卫星的资源信息包括通信速率、通信编码、发射功率和接收功率。
32.可选地，所述低轨卫星，进一步用于：
33.根据测距结果，所述低轨卫星的拓扑结构根据距离远近和方位进行排布，更新替换旧的拓扑，生成多条星间通信路径。
34.可选地，所述地面基站，进一步用于：
35.所述地面基站按照拥塞概率从大到小的顺序，对低轨卫星进行排序；
36.获取预设的拥塞概率阈值，将所述拥塞概率大于或等于所述拥塞概率阈值的低轨卫星排除；
37.将排除后剩下的低轨卫星按照星座拓扑信息和路由计算后的结果判断星间链路的路径长短，并按照路径由短到长对星间链路进行排序；
38.选择重新排序后路径最短的星间链路作为低轨卫星通信路径。
39.另一方面，提供了一种地面基站，所述地面基站包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述多低轨卫星最优路由选择方法。
40.另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述多低轨卫星最优路由选择方法。
41.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
42.本发明实施例中，终端设备与地面基站建立数据连接，终端设备向地面基站发送第一通信请求；地面基站接收到第一通信请求之后，进行星历计算；地面基站向处于波束覆盖区域内且能够提供业务服务的低轨卫星发送第二通信请求；低轨卫星接收到第二通信请求之后，通过测距通信一体化模块进行星间测距，根据测距结果进行拓扑更新和路由计算，获取更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果；低轨卫星将更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果发回给地面基站；地面基站根据实时跟踪的低轨卫星中的业务量，评估低轨卫星的拥塞概率；地面基站根据计算所得的低轨卫星的拥塞概率、低轨卫星发回的星座拓扑信息和路由计算后的结果，选择出一条拥塞概率小且路径长度较短的低轨卫星通信路径；终端设备按照地面基站选择好的通信链路进行通信。这样，可以在leo星座网络中星间链路变化导致用户通信链路变换时，地面用户能够快速选择最优通信路径，减小星地跳数和通信延迟，使得用户能够获取高质量的通信业务和流畅的通信体验。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1是本发明实施例提供的一种多低轨卫星最优路由选择方法流程图；
45.图2是本发明实施例提供的一种多低轨卫星最优路由选择系统架构示意图；
46.图3是本发明实施例提供的一种多低轨卫星最优路由选择系统框图；
47.图4是本发明实施例提供的一种地面基站的结构示意图。
具体实施方式
48.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
49.本发明实施例提供了一种多低轨卫星最优路由选择方法，该方法可以由多低轨卫星最优路由选择系统实现，该多低轨卫星最优路由选择系统包括用户的终端设备、地面基站以及低轨卫星。如图1所示的多低轨卫星最优路由选择方法流程图，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：
50.s1、终端设备与地面基站建立数据连接，终端设备向地面基站发送第一通信请求。
51.其中，第一通信请求中可以至少包括设备身份信息、时间戳、安全校验位和通信请求。这样终端用户在与地面基站通信的时候能够快速业务转发。
52.s2、地面基站接收到第一通信请求之后，进行星历计算；地面基站向处于波束覆盖区域内且能够提供业务服务的低轨卫星发送第二通信请求。
53.其中，第二通信请求包括所需要通信的所有数据信息以及数据包。
54.可选地，地面基站接收到通信请求之后进行星历计算可以得到如下信息：
55.低轨卫星的状态信息、低轨卫星的波束参数以及低轨卫星的资源信息。
56.其中，低轨卫星的状态信息包括低轨卫星过顶切换的时刻、过顶低轨卫星和切换低轨卫星的身份信息以及切换校验信息，低轨卫星的资源信息包括通信速率、通信编码、发射功率和接收功率。
57.需要说明的是，星历计算的方法可以采用现有技术中常用的星历计算方法，本发明实施例在此不做赘述。
58.s3、低轨卫星接收到第二通信请求之后，通过测距通信一体化模块进行星间测距，根据测距结果进行拓扑更新和路由计算，获取更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果。
59.一种可行的实施方式中，leo星座卫星中同轨卫星的距离保持不变，异轨卫星的距离时刻改变，通过星间测距可以确定卫星之间的距离，为路径选择奠定基础。
60.可选地，s3中的根据测距结果进行拓扑更新和路由计算，包括：
61.根据测距结果，低轨卫星的拓扑结构根据距离远近和方位进行排布，更新替换旧的拓扑，生成多条星间通信路径。
62.需要说明的是，测距通信一体化模块是低轨卫星上常用的一个模块，根据该模块进行星间测距是现有技术中常用的一种方法，根据测距结果进行拓扑更新和路由计算也是现有技术中常用的方法，本发明实施例在此不做赘述。
63.s4、低轨卫星将更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果发回给地面基站。
64.其中，更新后的星座拓扑信息可以是更新后的拓扑图，路由计算后的结果可以是生成的多条星间通信路径。
65.s5、地面基站根据实时跟踪的低轨卫星中的业务量，评估低轨卫星的拥塞概率。
66.一种可行的实施方式中，采用信息新鲜度的方式来评估拥塞概率，信息新鲜度可定义为：
67.δ(t)＝μ(t-u(t))
68.其中u(t)表示业务量所产生的时间，而t表示的是该任务被处理的时间，μ表示拥塞系数，与业务量的总体数据量有关，可以根据实际观测卫星吞吐量得到。当δ(t)越大，表示该信息被处理的时间越晚，拥塞率越高。
69.s6、地面基站根据计算所得的低轨卫星的拥塞概率、低轨卫星发回的星座拓扑信息和路由计算后的结果，选择出一条拥塞概率小且路径长度较短的低轨卫星通信路径。
70.一种可行的实施方式中，步骤s6选择一条拥塞概率小且路径长度较短的低轨卫星通信路径的具体处理可以如下步骤s61-s64：
71.s61、地面基站按照拥塞概率从大到小的顺序，对低轨卫星进行排序。
72.s62、获取预设的拥塞概率阈值，将拥塞概率大于或等于拥塞概率阈值的低轨卫星排除。
73.s63、将排除后剩下的低轨卫星按照星座拓扑信息和路由计算后的结果判断星间链路的路径长短，并按照路径由短到长对星间链路进行排序。
74.s64、选择重新排序后路径最短的星间链路作为低轨卫星通信路径。
75.s7、终端设备按照地面基站选择的低轨卫星通信路径进行通信。
76.本发明实施例中，终端设备与地面基站建立数据连接，终端设备向地面基站发送第一通信请求；地面基站接收到第一通信请求之后，进行星历计算；地面基站向处于波束覆盖区域内且能够提供业务服务的低轨卫星发送第二通信请求；低轨卫星接收到第二通信请求之后，通过测距通信一体化模块进行星间测距，根据测距结果进行拓扑更新和路由计算，获取更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果；低轨卫星将更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果发回给地面基站；地面基站根据实时跟踪的低轨卫星中的业务量，评估低轨卫星的拥塞概率；地面基站根据计算所得的低轨卫星的拥塞概率、低轨卫星发回的星座拓扑信息和路由计算后的结果，选择出一条拥塞概率小且路径长度较短的低轨卫星通信路径；终端设备按照地面基站选择好的通信链路进行通信。这样，可以在leo星座网络中星间链路变化导致用户通信链路变换时，地面用户能够快速选择最优通信路径，减小星地跳数和通信延迟，使得用户能够获取高质量的通信业务和流畅的通信体验。
77.本发明实施例提供了一种多低轨卫星最优路由选择系统，该多低轨卫星最优路由选择系统用于实现多低轨卫星最优路由选择方法，如图2所示的多低轨卫星最优路由选择系统架构示意图以及图3的系统框图，该系统包括：用户的终端设备210、地面基站220以及低轨卫星230，其中：
78.所述终端设备210，包括第一发送模块2101和第一接收模块2102；第一发送模块2101用于所述地面基站建立数据连接，向所述地面基站发送第一通信请求；第一接收模块2102用于按照所述地面基站选择好的通信链路进行通信。
79.所述地面基站220，包括第二接收模块2201、第二发送模块2202、星历计算模块2203、拥塞概率评估模块2204以及路由选择模块2205；第二接收模块2201用于接收到第一通信请求；星历计算模块2203用于接收到第一通信请求之后，进行星历计算；第二发送模块2202用于向处于波束覆盖区域内且能够提供业务服务的低轨卫星发送第二通信请求；拥塞概率评估模块2204用于根据实时跟踪的低轨卫星中的业务量，评估低轨卫星的拥塞概率；路由选择模块2205用于根据计算所得的低轨卫星的拥塞概率、低轨卫星发回的星座拓扑信息和路由计算后的结果，选择出一条拥塞概率小且路径长度较短的低轨卫星通信路径。
80.所述低轨卫星230，包括第三接收模块2301、第三发送模块2302以及测距通信一体化模块2303；第三接收模块2301用于接收到第二通信请求；测距通信一体化模块2303用于接收到第二通信请求之后，进行星间测距，根据测距结果进行拓扑更新和路由计算，获取更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果；第三发送模块2302用于将更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果发回给所述地面基站。
81.可选地，所述第一通信请求中至少包括设备身份信息、时间戳、安全校验位和通信请求。
82.可选地，所述地面基站220的星历计算模块2203，进一步用于：
83.所述地面基站接收到第一通信请求之后，进行星历计算，得到低轨卫星的状态信息、低轨卫星的波束参数以及低轨卫星的资源信息，其中，所述低轨卫星的状态信息包括低轨卫星过顶切换的时刻、过顶低轨卫星和切换低轨卫星的身份信息以及切换校验信息，所述低轨卫星的资源信息包括通信速率、通信编码、发射功率和接收功率。
84.可选地，所述低轨卫星230的测距通信一体化模块2301，进一步用于：
85.根据测距结果，所述低轨卫星的拓扑结构根据距离远近和方位进行排布，更新替换旧的拓扑，生成多条星间通信路径。
86.可选地，所述地面基站220的路由选择模块2205，进一步用于：
87.所述地面基站按照拥塞概率从大到小的顺序，对低轨卫星进行排序；
88.获取预设的拥塞概率阈值，将所述拥塞概率大于或等于所述拥塞概率阈值的低轨卫星排除；
89.将排除后剩下的低轨卫星按照星座拓扑信息和路由计算后的结果判断星间链路的路径长短，并按照路径由短到长对星间链路进行排序；
90.选择重新排序后路径最短的星间链路作为低轨卫星通信路径。
91.本发明实施例中，终端设备与地面基站建立数据连接，终端设备向地面基站发送第一通信请求；地面基站接收到第一通信请求之后，进行星历计算；地面基站向处于波束覆盖区域内且能够提供业务服务的低轨卫星发送第二通信请求；低轨卫星接收到第二通信请求之后，通过测距通信一体化模块进行星间测距，根据测距结果进行拓扑更新和路由计算，获取更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果；低轨卫星将更新后的星座拓扑信息和路由计算后的结果发回给地面基站；地面基站根据实时跟踪的低轨卫星中的业务量，评估低轨卫星的拥塞概率；地面基站根据计算所得的低轨卫星的拥塞概率、低轨卫星发回的星座拓扑信息和路由计算后的结果，选择出一条拥塞概率小且路径长度较短的低轨卫星通信路径；终端设备按照地面基站选择好的通信链路进行通信。这样，可以在leo星座网络中星间链路变化导致用户通信链路变换时，地面用户能够快速选择最优通信路径，减小星地跳数
和通信延迟，使得用户能够获取高质量的通信业务和流畅的通信体验。
92.图4是本发明实施例提供的一种地面基站400的结构示意图，该地面基站400可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，cpu)401和一个或一个以上的存储器402，其中，所述存储器402中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器401加载并执行以实现上述多低轨卫星最优路由选择方法的步骤。
93.在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述多低轨卫星最优路由选择方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
94.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
95.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。