网络感知数据的传输方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

本发明涉及卫星通信领域，具体涉及网络感知数据的传输方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、随着全球部署的通信网络基础设施不断发展，用户已可以在城市范围随时随地的通过智能终端访问互联网。然而地面网络建设范围受地理条件影响很大。在偏远地区，由于基础设施建设成本高、网络利用率低，基站数量很少，导致网络覆盖区域不足。在沙漠和高海拔地区，由于基础设施建设困难，通常没有网络覆盖，数据传输需求往往得不到满足。面对这些区域用户日益增长的网络需求和5g通信系统对全球泛在互联的发展需求，新兴的低地球轨道(low earth orbit,leo)卫星星座可以解决这些问题。leo卫星星座通过密集的leo卫星组网，每个leo卫星按照轨道绕地飞速运动，因此leo卫星网络是一个动态网络。leo卫星可以根据星上天线配置与周围若干颗leo卫星通过星间链路(inter-satellitelinks,isl)连接构建传输网络，可以忽略地形地貌因素，实现全球无缝网络覆盖，使得地面网络难以到达的区域可以通过stin(satellite-terrestrial integrated networks，星地融合网络)同样获得网络服务。因此，在stin中，lsn(leo satellite networks，leo卫星网络)的建设对于未来全球泛在互联愿景十分重要。

2、传统的通信卫星之间没有部署星间链路，数据传输和流量管理都是由地面站控制，数据从发送方到接收方需要经过多跳的地面和卫星的切换传输。发送方首先将信息发送给卫星，转发卫星需要发送给地面站转发，地面站再将信息转发到下一个卫星，这就增加了地面到卫星的传输次数，过多的传输时间延迟使得传统的卫星通信效率低下。

3、随着低地轨道卫星机载数据处理能力的增强，目前的低地轨道卫星已经具备了建立星间链路的能力。位于可见范围内的两颗leo卫星能够通过定位、跟踪和校准等过程动态地建立星间链路，从而形成卫星传输网络，这可以显著提高全球数据传输的效率。然而，由于lsn有限的星上传输资源以及节点的快速移动性，现有的地面数据传输方案不适用，因此很有必要研究lsn的传输链路部署与网络流量调度方案，来提高通信质量与效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种网络感知数据的传输方法、装置、计算机设备及存储介质，以解决现有的地面数据传输方案不适用于lsn数据传输的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种网络感知数据的传输方法，方法包括：获取低轨卫星网络中所有卫星节点的运行状态和网络服务时间，网络服务时间包括多个时隙；基于所有卫星节点、卫星节点之间的链路以及网络服务时间构建时变图模型，所述链路为相邻两个卫星节点之间的数据传输链路；基于时变图模型和运行状态计算每条传输链路的链路传输容量，进行每个时隙的最大链路传输容量寻路，得到低轨卫星网络的数据传输方案，所述传输链路为从源节点到目的节点的数据传输链路。

3、本发明提供的网络感知数据的传输方法，通过获取低轨卫星网络中所有卫星节点的运行状态和网络服务时间，同时考虑到低轨卫星网络中卫星节点随时间按轨道高速运动，由此基于网络服务时间构建时变图模型，在数据传输时，通过时变图模型获取每个时隙的网络拓扑计算链路传输容量，进行最大链路传输容量寻路。因此，该方法在考虑星上传输资源即传输容量的基础上结合由节点移动性确定的时变图模型进行数据传输链路的确定，提高了网络负载均衡能力，提升传输鲁棒性。

4、在一种可选的实施方式中，基于所有卫星节点、卫星节点之间的链路以及网络服务时间构建时变图模型，包括：将所有卫星节点作为图模型的顶点、卫星节点之间的链路作为顶点的边构建时变图模型，顶点和边均为网络服务时间的函数。

5、本发明提供的网络感知数据的传输方法，通过将所有卫星节点作为图模型的顶点、卫星节点之间的传输链路作为顶点的边构建时变图模型，同时，顶点和边均为网络服务时间的函数，由此，构建的时变图模型实现了对不同时段网络拓扑的跟踪。

6、在一种可选的实施方式中，基于时变图模型和运行状态计算每条传输链路的链路传输容量，进行每个时隙的最大链路传输容量寻路，得到低轨卫星网络的数据传输方案，包括：根据时变图模型和运行状态获取当前时隙的低轨卫星网络拓扑；根据当前时隙的低轨卫星网络拓扑计算链路传输容量，进行当前时隙的最大链路传输容量寻路；根据卫星星历数据计算当前时隙的持续时间，确定下个时隙的开始时间；根据下个时隙的开始时间和时变图模型获取下个时隙的低轨卫星网络拓扑；根据下个时隙的低轨卫星网络拓扑计算链路传输容量，进行下个时隙的最大链路传输容量寻路，将各时隙的最大链路传输容量对应传输链路作为低轨卫星网络相应时隙的数据传输方案。

7、本发明提供的网络感知数据的传输方法，通过划分不同的时隙，同时根据卫星星历数据确定了每个时隙的开始时间，结合时变图模型确定每个时隙的网络拓扑，在不同的时隙中进行最大链路传输容量寻路，实现了对动态的网络拓扑计算连续的传输测量，提高传输鲁棒性。

8、在一种可选的实施方式中，根据当前时隙的低轨卫星网络拓扑计算链路传输容量，进行当前时隙的最大链路传输容量寻路，包括：获取当前时隙中数据传输的传输链路对应的源节点和目的节点；基于所述源节点和目的节点，根据当前时隙的低轨卫星网络拓扑计算当前时隙传输链路中相邻两个卫星的链路传输容量；根据相邻两个卫星的链路传输容量确定每条传输链路的链路传输容量，将链路传输容量最大的传输链路作为数据传输路径。

9、本发明提供的网络感知数据的传输方法，在每个时隙中进行最大链路传输容量寻路时，确定每个时隙中数据传输的源节点和目的节点，结合链路传输容量在每个传输链路的源节点和目的节点之间进行最大链路传输容量寻路，实现了对传输链路的部署和网络流量调度。

10、在一种可选的实施方式中，根根据相邻两个卫星的链路传输容量确定每条传输链路的链路传输容量，将链路传输容量最大的传输链路作为数据传输路径，包括：从源节点开始采用mst算法遍历每一个可能建立链路的节点；根据相邻两个卫星的链路传输容量计算源节点到当前节点的链路传输容量；计算当前节点和目的节点之间的第一距离以及任一下一跳节点和目的节点之间的第二距离；根据第一距离和第二距离的关系选取下一跳节点；将选取的下一跳节点作为当前节点，重复链路传输容量的计算、第一距离和第二距离的计算以及第一距离和第二距离比较的步骤，直至达到目的节点，得到源节点到目的节点的传输路径。

11、本发明提供的网络感知数据的传输方法，在进行最大链路传输容量寻路时，不仅考虑了链路的传输容量，同时通过对当前节点和目的节点之间的第一距离以及任一下一跳节点和目的节点之间的第二距离的关系的判断，能够保障传输过程始终沿源节点向目的节点的方向进行。同时降低了数据传输时延。

12、在一种可选的实施方式中，运行状态包括每个卫星节点的传输能力；根据当前时隙的低轨卫星网络拓扑计算当前时隙中相邻两个卫星的链路传输容量，包括：根据当前时隙的低轨卫星网络拓扑确定当前时隙中每个卫星节点已占用的传输容量；根据每个卫星节点的传输能力和已占用的传输容量的差值确定每个卫星节点的可用传输容量；将相邻两个卫星中每个卫星节点的可用传输容量的较小值作为相邻两个卫星的链路传输容量。

13、本发明提供的网络感知数据的传输方法，通过计算每个卫星节点传输能力和已占用的传输容量的差值，选择相邻两个卫星中每个卫星对应差值的较小值作为相邻两个卫星的链路传输容量。该链路传输容量的计算为最大容量的选择奠定了基础。

14、在一种可选的实施方式中，获取低轨卫星网络中所有卫星节点的运行状态，包括：采用高轨卫星获取低轨卫星网络中所有卫星节点的运行状态。

15、本发明提供的网络感知数据的传输方法，基于高轨卫星对低轨卫星的全局网络覆盖性，通过高轨卫星收集低轨卫星网络中卫星节点的运行状态。从而实现了对低轨卫星网络运行状态的全局感知。

16、第二方面，本发明提供了一种网络感知数据的传输装置，装置包括：数据获取模块，用于获取低轨卫星网络中所有卫星节点的运行状态和网络服务时间，网络服务时间包括多个时隙；模型构建模块，用于基于所有卫星节点、卫星节点之间的链路以及网络服务时间构建时变图模型，所述链路为相邻两个卫星节点之间的数据传输链路；寻路模块，用于基于时变图模型和运行状态计算每条传输链路的链路传输容量，进行每个时隙的最大链路传输容量寻路，得到低轨卫星网络的数据传输方案，所述传输链路为从源节点到目的节点的数据传输链路。

17、在一种可选的实施方式中，模型构建模块具体用于：将所有卫星节点作为图模型的顶点、卫星节点之间的链路作为顶点的边构建时变图模型，顶点和边均为网络服务时间的函数。

18、在一种可选的实施方式中，寻路模块包括：当前拓扑确定单元，用于根据时变图模型和运行状态获取当前时隙的低轨卫星网络拓扑；当前寻路单元，用于根据当前时隙的低轨卫星网络拓扑计算链路传输容量，进行当前时隙的最大链路传输容量寻路；时隙计算单元，用于根据卫星星历数据计算当前时隙的持续时间，确定下个时隙的开始时间；下一拓扑确定单元，用于根据下个时隙的开始时间和时变图模型获取下个时隙的低轨卫星网络拓扑；下一寻路单元，根据下个时隙的低轨卫星网络拓扑计算链路传输容量，进行下个时隙的最大链路传输容量寻路，将各时隙的最大链路传输容量对应传输链路作为低轨卫星网络相应时隙的数据传输方案。

19、在一种可选的实施方式中，当前寻路单元包括：节点获取单元，用于获取当前时隙中数据传输的传输链路对应的源节点和目的节点；相邻容量计算单元，用于基于源节点和目的节点，根据当前时隙的低轨卫星网络拓扑计算当前时隙传输链路中相邻两个卫星的链路传输容量；寻路子单元，用于根据相邻两个卫星的链路传输容量确定每条传输链路的链路传输容量，将链路传输容量最大的传输链路作为数据传输路径。

20、在一种可选的实施方式中，寻路子单元具体用于：从源节点开始采用mst算法遍历每一个可能建立链路的节点；根据相邻两个卫星的链路传输容量计算源节点到当前节点的链路传输容量；计算当前节点和目的节点之间的第一距离以及任一下一跳节点和目的节点之间的第二距离；根据第一距离和第二距离的关系选取下一跳节点；将选取的下一跳节点作为当前节点，重复链路传输容量的计算、第一距离和第二距离的计算以及第一距离和第二距离比较的步骤，直至达到目的节点，得到源节点到目的节点的传输路径。

21、在一种可选的实施方式中，运行状态包括每个卫星节点的传输能力；相邻容量计算单元具体用于：根据当前时隙的低轨卫星网络拓扑确定当前时隙中每个卫星节点已占用的传输容量；根据每个卫星节点的传输能力和已占用的传输容量的差值确定每个卫星节点的可用传输容量；将相邻两个卫星中每个卫星节点的可用传输容量的较小值作为相邻两个卫星的链路传输容量。

22、在一种可选的实施方式中，数据获取模块具体用于：采用高轨卫星获取低轨卫星网络中所有卫星节点的运行状态。

23、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的网络感知数据的传输方法。

24、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的网络感知数据的传输方法。