本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置方法和裝置。

背景技術(shù)：

目前對地觀測衛(wèi)星的部署，特別是環(huán)境、資源衛(wèi)星，主要是部署低軌衛(wèi)星，其軌道高度在三百到兩千公里范圍。部署在這一高度范圍的主要優(yōu)點(diǎn)就是能夠獲得較高分辨率的地球表面或大氣數(shù)據(jù)。但是，該部署方法也存在很多弊端。一個方面，由于我國地面站部署范圍有限，因此，不能全球布站，衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)后不能及時回傳至地面；另一個方面，由于地面站接收范圍有限，而低軌衛(wèi)星飛行速度高、重返周期長，以300到400公里軌道高度的衛(wèi)星為例，過境時間一般在十幾分鐘范圍，重返周期達(dá)數(shù)天。這些因素必然導(dǎo)致低軌衛(wèi)星無法與地面站建立連續(xù)穩(wěn)定的回傳連接。針對這一問題，現(xiàn)有技術(shù)中的一個有效的解決手段是引入數(shù)據(jù)中繼星協(xié)作傳輸。目前，數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星主要部署在地球同步軌道，例如，美國的追蹤與數(shù)據(jù)中繼通信衛(wèi)星TDRS。同步軌三萬多公里的軌道高度，能夠極大程度擴(kuò)大與低軌衛(wèi)星的連接范圍，而且能夠和地面站建立連續(xù)穩(wěn)定的全天候連接。

然而，當(dāng)沒有同步軌中繼衛(wèi)星可用，或者同步軌中繼衛(wèi)星正在執(zhí)行高優(yōu)先級任務(wù)時，不允許其它非主要任務(wù)接入，輔助它們進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此時如果低軌衛(wèi)星有需要緊急回傳的數(shù)據(jù)，而又不在地面站覆蓋范圍，就需要借助其它空間資源協(xié)助通信?，F(xiàn)有技術(shù)中的一種選擇就是使用正在過境，并且沒有回傳數(shù)據(jù)或回傳數(shù)據(jù)優(yōu)先級較低的低軌衛(wèi)星，但這種衛(wèi)星不是專門的通信中繼衛(wèi)星，其傳輸能力遠(yuǎn)低于同步軌中繼衛(wèi)星，因此，傳統(tǒng)的同步軌中繼衛(wèi)星的協(xié)作機(jī)制和資源配置方式將不再適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置方法和裝置，以緩解現(xiàn)有技術(shù)中無法對中繼衛(wèi)星的傳輸時隙進(jìn)行動態(tài)分配的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個方面，提供了一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置方法，包括：確定接入中繼衛(wèi)星的至少一個信源衛(wèi)星；在所述至少一個信源衛(wèi)星中檢測目標(biāo)信源衛(wèi)星，其中，所述目標(biāo)信源衛(wèi)星與所述中繼衛(wèi)星之間的通信信道為空閑信道；在檢測到所述目標(biāo)信源衛(wèi)星的情況下，確定所述中繼衛(wèi)星的空閑傳輸時隙；通過所述空閑傳輸時隙向地面服務(wù)站傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)，其中，所述目標(biāo)數(shù)據(jù)為傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列中位于隊(duì)列最前端的數(shù)據(jù)，其中，所述傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列用于存儲從所述信源衛(wèi)星獲取到的待傳輸數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，確定所述中繼衛(wèi)星的空閑傳輸時隙包括：將所述中繼衛(wèi)星的多個傳輸時隙中的目標(biāo)傳輸時隙確定為所述空閑傳輸時隙，其中，所述目標(biāo)傳輸時隙為用于傳輸所述目標(biāo)信源衛(wèi)星的待傳輸數(shù)據(jù)的時隙。

進(jìn)一步地，在所述至少一個信源衛(wèi)星中檢測目標(biāo)信源衛(wèi)星包括：檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星和所述中繼衛(wèi)星之間的連接狀態(tài)，并根據(jù)所述連接狀態(tài)確定所述當(dāng)前信源衛(wèi)星是否為所述目標(biāo)信源衛(wèi)星，其中，所述當(dāng)前信源衛(wèi)星為所述至少一個信源衛(wèi)星中任一個信源衛(wèi)星；或者，檢測所述當(dāng)前信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列中是否包含待傳輸數(shù)據(jù)，其中，如果檢測出所述當(dāng)前信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列中不包含待傳輸數(shù)據(jù)，則確定所述當(dāng)前信源衛(wèi)星為所述目標(biāo)信源衛(wèi)星。

進(jìn)一步地，檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星和所述中繼衛(wèi)星之間的連接狀態(tài)，并根據(jù)所述連接狀態(tài)確定所述當(dāng)前信源衛(wèi)星是否為所述目標(biāo)信源衛(wèi)星包括：通過第一信道模型確定是否已建立所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述中繼衛(wèi)星之間的通信鏈路，以及通過所述第一信道模型確定是否已建立所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述地面服務(wù)站之間的通信鏈路，其中，所述第一信道模型為預(yù)先通過ON/OFF模型建立的信道模型；如果確定出所述中繼衛(wèi)星與所述當(dāng)前信源衛(wèi)星之間的通信鏈路已建立，并且確定出所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述地面服務(wù)站之間的通信鏈路未建立，則通過第二信道模型確定所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述中繼衛(wèi)星是否能夠正常通信，其中，所述第二信道模型為預(yù)先通過萊斯信道建立的信道模型；如果確定出所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述中繼衛(wèi)星不能正常通信，則確定所述當(dāng)前信源衛(wèi)星為所述目標(biāo)信源衛(wèi)星；如果確定出所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述中繼衛(wèi)星能夠正常通信，則確定所述當(dāng)前信源衛(wèi)星不是所述目標(biāo)信源衛(wèi)星。

進(jìn)一步地，在通過第一信道模型確定是否已建立所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述中繼衛(wèi)星之間的通信鏈路，以及通過所述第一信道模型確定是否已建立所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述地面服務(wù)站之間的通信鏈路之后，所述方法還包括：如果確定出所述中繼衛(wèi)星與所述當(dāng)前信源衛(wèi)星之間的通信鏈路未建立，并且確定出所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述地面服務(wù)站之間的通信鏈路已建立，則通過所述第二信道模型確定所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述地面服務(wù)站是否能夠正常通信；如果確定出所述當(dāng)前信源衛(wèi)星與所述地面服務(wù)站能夠正常通信，則確定所述當(dāng)前信源衛(wèi)星是所述目標(biāo)信源衛(wèi)星。

進(jìn)一步地，在通過所述空閑傳輸時隙向所述地面服務(wù)站傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)之后，所述方法還包括：判斷所述地面服務(wù)站是否成功接收到所述目標(biāo)數(shù)據(jù)；如果判斷出成功接收到所述目標(biāo)數(shù)據(jù)，則刪除所述目標(biāo)數(shù)據(jù)；如果判斷出未成功接收到所述目標(biāo)數(shù)據(jù)，則將所述目標(biāo)數(shù)據(jù)保存在所述傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列的隊(duì)尾。

進(jìn)一步地，在將所述目標(biāo)數(shù)據(jù)保存在所述傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列的隊(duì)尾之后，所述方法還包括：判斷在所述空閑傳輸時隙之后的連續(xù)n個傳輸時隙中是否將所述目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述地面服務(wù)站；如果判斷出未將所述目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述地面服務(wù)站，則刪除所述目標(biāo)數(shù)據(jù)，并將所述目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至相應(yīng)地信源衛(wèi)星，以使所述相應(yīng)地信源衛(wèi)星將所述目標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至所述地面服務(wù)站。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個方面，提供了一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置裝置，包括：第一確定單元，用于確定接入中繼衛(wèi)星的至少一個信源衛(wèi)星；檢測單元，用于在所述至少一個信源衛(wèi)星中檢測目標(biāo)信源衛(wèi)星，其中，所述目標(biāo)信源衛(wèi)星與所述中繼衛(wèi)星之間的通信信道為空閑信道；第二確定單元，用于在檢測到所述目標(biāo)信源衛(wèi)星的情況下，確定所述中繼衛(wèi)星的空閑傳輸時隙；傳輸單元，用于通過所述空閑傳輸時隙向地面服務(wù)站傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)，其中，所述目標(biāo)數(shù)據(jù)為傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列中位于隊(duì)列最前端的數(shù)據(jù)，其中，所述傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列用于存儲從所述信源衛(wèi)星獲取到的待傳輸數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述第二確定單元用于：將所述中繼衛(wèi)星的多個傳輸時隙中的目標(biāo)傳輸時隙確定為所述空閑傳輸時隙，其中，所述目標(biāo)傳輸時隙為用于傳輸所述目標(biāo)信源衛(wèi)星的待傳輸數(shù)據(jù)的時隙。

進(jìn)一步地，所述檢測單元用于：檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星和所述中繼衛(wèi)星之間的連接狀態(tài)，并根據(jù)所述連接狀態(tài)確定所述當(dāng)前信源衛(wèi)星是否為所述目標(biāo)信源衛(wèi)星，其中，所述當(dāng)前信源衛(wèi)星為所述至少一個信源衛(wèi)星中任一個信源衛(wèi)星；或者，檢測所述當(dāng)前信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列中是否包含待傳輸數(shù)據(jù)，其中，如果檢測出所述當(dāng)前信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列中不包含待傳輸數(shù)據(jù)，則確定所述當(dāng)前信源衛(wèi)星為所述目標(biāo)信源衛(wèi)星。

在本發(fā)明實(shí)施例中，首先確定接入中繼衛(wèi)星的至少一個信源衛(wèi)星，然后，在至少一個信源衛(wèi)星中檢測與中繼衛(wèi)星之間的通信信道為空閑信道的目標(biāo)信源衛(wèi)星，在檢測到目標(biāo)信源衛(wèi)星的情況下，確定中繼衛(wèi)星的空閑傳輸時隙，并通過該空閑傳輸時隙進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。在本發(fā)明實(shí)施例中，相對于現(xiàn)有技術(shù)中固定傳輸時隙的分配方式下，本發(fā)明實(shí)施例達(dá)到了對傳輸時隙的動態(tài)分配的目的，緩解了現(xiàn)有技術(shù)中無法對中繼衛(wèi)星的傳輸時隙進(jìn)行動態(tài)分配的技術(shù)問題，從而實(shí)現(xiàn)了合理分配中繼衛(wèi)星的傳輸時隙的技術(shù)效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種ON/OFF模型的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種低軌中繼衛(wèi)星系統(tǒng)最大吞吐量隨信噪比閾值與地面站接收仰角的變化的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種低軌中繼衛(wèi)星系統(tǒng)接入衛(wèi)星平均隊(duì)列延遲隨到達(dá)率、信噪比閾值以及地面站接收仰角的變化的示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種平均最大吞吐量隨軌道高度變化的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供了一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置方法的實(shí)施例，需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括如下步驟：

步驟S102，確定接入中繼衛(wèi)星的至少一個信源衛(wèi)星；

步驟S104，在至少一個信源衛(wèi)星中檢測目標(biāo)信源衛(wèi)星，其中，目標(biāo)信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間的通信信道為空閑信道；

步驟S106，在檢測到目標(biāo)信源衛(wèi)星的情況下，確定中繼衛(wèi)星的空閑傳輸時隙；

步驟S108，通過空閑傳輸時隙向地面服務(wù)站傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)，其中，目標(biāo)數(shù)據(jù)為傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列中位于隊(duì)列最前端的數(shù)據(jù)，其中，傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列用于存儲從信源衛(wèi)星獲取到的待傳輸數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，首先確定接入中繼衛(wèi)星的至少一個信源衛(wèi)星，然后，在至少一個信源衛(wèi)星中檢測與中繼衛(wèi)星之間的通信信道為空閑信道的目標(biāo)信源衛(wèi)星，在檢測到目標(biāo)信源衛(wèi)星的情況下，確定中繼衛(wèi)星的空閑傳輸時隙，并通過該空閑傳輸時隙進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。在本發(fā)明實(shí)施例中，相對于現(xiàn)有技術(shù)中固定傳輸時隙的分配方式下，本發(fā)明實(shí)施例達(dá)到了對傳輸時隙的動態(tài)分配的目的，緩解了現(xiàn)有技術(shù)中無法對中繼衛(wèi)星的傳輸時隙進(jìn)行動態(tài)分配的技術(shù)問題，從而實(shí)現(xiàn)了合理分配中繼衛(wèi)星的傳輸時隙的技術(shù)效果。

在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)至少一個信源衛(wèi)星接入中繼衛(wèi)星之后，中繼衛(wèi)星會按照固定的時隙為每個信源衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)某個信源衛(wèi)星不再通過中繼衛(wèi)星，而直接將數(shù)據(jù)傳輸至地面服務(wù)站時，那么中繼衛(wèi)星預(yù)先為該信源衛(wèi)星分配的傳輸時隙將處于空閑狀態(tài)。這就造成了資源的浪費(fèi)，因此，在本發(fā)明實(shí)施例中，可以在確定接入中繼衛(wèi)星的至少一個信源衛(wèi)星之后，在至少一個信源衛(wèi)星中檢測目標(biāo)信源衛(wèi)星，其中，該目標(biāo)信源衛(wèi)星不再通過中繼衛(wèi)星向地面服務(wù)站傳輸數(shù)據(jù)，而是直接將數(shù)據(jù)傳輸至地面服務(wù)站，也就是說，目標(biāo)信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間的通信信道為空閑信道。

在至少一個信源衛(wèi)星中檢測目標(biāo)信源衛(wèi)星的方式有很多種，在本發(fā)明實(shí)施例的一個可選實(shí)施方式中，在至少一個信源衛(wèi)星中檢測目標(biāo)信源衛(wèi)星時，可以采用以下兩種方式：

方式一

檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星和中繼衛(wèi)星之間的連接狀態(tài)，并根據(jù)連接狀態(tài)確定當(dāng)前信源衛(wèi)星是否為目標(biāo)信源衛(wèi)星，其中，當(dāng)前信源衛(wèi)星為至少一個信源衛(wèi)星中任一個信源衛(wèi)星。

當(dāng)?shù)蛙壍佬旁葱l(wèi)星能夠建立與地面服務(wù)站的連接時，即使信源衛(wèi)星能夠與同步軌中繼衛(wèi)星建立連接，也僅向地面服務(wù)站直接傳輸數(shù)據(jù)，不向中繼衛(wèi)星傳輸。這就是說，只有當(dāng)?shù)孛娣?wù)站對信源衛(wèi)星不可見，并且該信源衛(wèi)星能夠與低軌中繼衛(wèi)星鏈路可見時，該信源使用中繼衛(wèi)星進(jìn)行通信。

因此，在本發(fā)明實(shí)施例中，在檢測目標(biāo)中繼衛(wèi)星時，可以實(shí)時檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間鏈路的連接狀態(tài)，以及，檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間鏈路的連接狀態(tài)。進(jìn)而，根據(jù)上述連接狀態(tài)確定當(dāng)前信源衛(wèi)星是否為目標(biāo)信源衛(wèi)星。

方式二

檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列中是否包含待傳輸數(shù)據(jù)，其中，如果檢測出當(dāng)前信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列中不包含待傳輸數(shù)據(jù)，則確定當(dāng)前信源衛(wèi)星為目標(biāo)信源衛(wèi)星。

另一種確定目標(biāo)信源衛(wèi)星的方式，是檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列中是否包含待傳輸數(shù)據(jù)。即，檢測時隙原本分配的信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)隊(duì)列中是否包含待傳輸數(shù)據(jù)，其中，如果該數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列中不包含待傳輸數(shù)據(jù)，那么確定當(dāng)前衛(wèi)星為目標(biāo)信源衛(wèi)星。

下面將對上述方式一進(jìn)行介紹：

在方式一種，檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星和中繼衛(wèi)星之間的連接狀態(tài)，并根據(jù)連接狀態(tài)確定當(dāng)前信源衛(wèi)星是否為目標(biāo)信源衛(wèi)星包括如下步驟：

步驟S1，通過第一信道模型確定是否已建立當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間的通信鏈路，以及通過第一信道模型確定是否已建立當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間的通信鏈路，其中，第一信道模型為預(yù)先通過ON/OFF模型建立的信道模型；

步驟S2，如果確定出中繼衛(wèi)星與當(dāng)前信源衛(wèi)星之間的通信鏈路已建立，并且確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間的通信鏈路未建立，則通過第二信道模型確定當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星是否能夠正常通信，其中，第二信道模型為預(yù)先通過萊斯信道建立的信道模型；

步驟S3，如果確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星不能正常通信，則確定當(dāng)前信源衛(wèi)星為目標(biāo)信源衛(wèi)星；

步驟S4，如果確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星能夠正常通信，則確定當(dāng)前信源衛(wèi)星不是目標(biāo)信源衛(wèi)星。

具體地，在本發(fā)明實(shí)施例中，星間及星地鏈路的連接情況，通過物理傳輸信道及基于可見性的ON/OFF模型進(jìn)行刻畫，具體地：

物理傳輸信道：由于空間信號傳輸遮擋物少，以視距傳輸為主，因此在信道模型上選擇使用萊斯信道進(jìn)行建模。具體地，通過信噪比來判斷星間和星地之間的物理傳輸信道是否建立，其中，當(dāng)信噪比大于某個閾值時，則判斷星間或星地之間的物理傳輸信道已建立，也即是說，當(dāng)信噪比大于某個閾值時，表明地面服務(wù)站或者中繼衛(wèi)星能后成功接收信源衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)，反之則不能。

假設(shè)，在t時隙衛(wèi)星j接收到來自衛(wèi)星i的信號，那么萊斯信道的數(shù)學(xué)模型可以表示為：其中，x_i表示衛(wèi)星i的發(fā)射信號，G為發(fā)射功率，d_ij為衛(wèi)星i和衛(wèi)星j之間的距離，γ為路徑衰落因子，n_ij為衛(wèi)星i和衛(wèi)星j之間的加性高斯噪聲，j_ij＝X₁+jX₂為信道衰落系數(shù)，建模為循環(huán)對稱復(fù)高斯隨機(jī)變量，則|h_ij|分布為：

假設(shè)當(dāng)信噪比大于閾值β時，能夠成功接收，則成功接收到信號的概率為：

ON/OFF模型：由于衛(wèi)星運(yùn)動和地球遮擋，空間網(wǎng)絡(luò)中無法建立連續(xù)的星間和星地鏈路，因此，通過對衛(wèi)星運(yùn)行軌道分析，設(shè)計(jì)了信道通斷模型(即，ON/OFF模型)。該信道通斷模型主要通過軌道參數(shù)計(jì)算信源衛(wèi)星的通信覆蓋范圍來確定鏈路的通斷，其中，可以分別用1和0表示鏈路的通斷狀態(tài)。

針對低軌衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星、地面站的連接通斷，當(dāng)L_jk＝1時，表示衛(wèi)星j與k可以連接，當(dāng)L_jk＝0時，表示不滿足連接條件，即可以整理為公式：如圖2所示的即為一種ON/OFF模型的示意圖。

根據(jù)圖(a)，可以確定衛(wèi)星i在一個運(yùn)行周期內(nèi)能夠與中繼衛(wèi)星連接的概率，該概率用p_1(i)表示，其中，其中，R_i表示衛(wèi)星i的軌道半徑，R_E表示地球半徑，R_r表示中繼衛(wèi)星的軌道半徑。也就是說，衛(wèi)星i在一個運(yùn)行周期內(nèi)能夠與中繼衛(wèi)星連接的比率為0.5(1+cosα₁)。

根據(jù)圖(b)，可以確定衛(wèi)星i在一個運(yùn)行周期內(nèi)與地面站連接的概率，該概率用p_2(i)表示，其中該概率可以表示為下述公式：

其中，α₂為地面站雷達(dá)捕獲仰角，ρ_i＝R_i/R_E。也就是說，衛(wèi)星i在一個運(yùn)行周期內(nèi)能夠與地面站(也即，地面服務(wù)站)連接的比率為可以描述為公式：其中，α₂為地面站雷達(dá)捕獲仰角，ρ＝R/R_E。

在確定p_1(i)和p_2(i)之后，就可以根據(jù)p_1(i)和p_2(i)確定衛(wèi)星i能夠與中繼衛(wèi)星建立連接時，該衛(wèi)星i還能夠與地面站建立連接的概率p_3(i)，其中，該概率p_3(i)可以表述為：

基于上述物理傳輸信道和ON/OFF模型，在確定目標(biāo)信源衛(wèi)星時，首先，通過當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間建立的第一信道模型(即，ON/OFF模型)確定是否建立當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間的通信鏈路，以及通過當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間建立的另一個第一信道模型(即，ON/OFF模型)確定是否建立當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間的通信鏈路。

如果根據(jù)ON/OFF模型確定出中繼衛(wèi)星與當(dāng)前信源衛(wèi)星之間的通信鏈路已建立，并且確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間的通信鏈路未建立，則通過第二信道模型(即，萊斯信道模型)確定當(dāng)前信源衛(wèi)星和中繼衛(wèi)星之間能夠正常通信。具體地，可以根據(jù)當(dāng)前信源衛(wèi)星和中繼衛(wèi)星之間的第二信道模型的信噪比是否滿足某個閾值來確定是否能夠正常通信。其中，如果確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間能夠正常通信，也就是說，中繼衛(wèi)星能夠接收到信源衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)，那么確定當(dāng)前信源衛(wèi)星不是目標(biāo)信源衛(wèi)星；如果確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星和中繼衛(wèi)星之間不能正常通信，也就是說，中繼衛(wèi)星不能接收到信源衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)，那么確定當(dāng)前信源衛(wèi)星是目標(biāo)信源衛(wèi)星。

進(jìn)一步地，在通過第一信道模型確定是否已建立當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間的通信鏈路，以及通過第一信道模型確定是否已建立當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間的通信鏈路之后，如果確定出中繼衛(wèi)星與當(dāng)前信源衛(wèi)星之間的通信鏈路未建立，并且確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間的通信鏈路已建立，則通過第二信道模型確定當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站是否能夠正常通信，其中，如果確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站能夠正常通信，則確定當(dāng)前信源衛(wèi)星是目標(biāo)信源衛(wèi)星。

通過上述描述可知，當(dāng)有多顆低軌道信源衛(wèi)星(即，上述至少一個信源衛(wèi)星)同時接入低軌中繼衛(wèi)星時，中繼衛(wèi)星的時隙資源依據(jù)Ω＝{ω₁,…,ω_i,…,ω_N}資源分配矩陣進(jìn)行分配，其中，ω_i表示當(dāng)前時隙分配給低軌衛(wèi)星i的概率，N為可接入同步軌中繼衛(wèi)星的地軌衛(wèi)星數(shù)量。那么當(dāng)中繼衛(wèi)星感知到目標(biāo)信源衛(wèi)星時，即感知到至少一個信源衛(wèi)星中有一個或者多個衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間的通信鏈路不可見，或者，感知到某個信源衛(wèi)星無數(shù)據(jù)傳輸時，預(yù)先分配給該目標(biāo)信源衛(wèi)星的傳輸時隙將處于空間狀態(tài)，也就是說，該時隙不再傳輸其他數(shù)據(jù)。

因此，在本發(fā)明實(shí)施例中，設(shè)置中繼衛(wèi)星具有動態(tài)分配時隙資源的能力，當(dāng)有信源衛(wèi)星不再接入時，中繼衛(wèi)星改變原分配向量，動態(tài)改變分配策略，利用空閑出的傳輸時隙轉(zhuǎn)發(fā)隊(duì)列最前端的接收數(shù)據(jù)。

在此情況下，確定中繼衛(wèi)星的空閑傳輸時隙具體為：將中繼衛(wèi)星的多個傳輸時隙中的目標(biāo)傳輸時隙確定為空閑傳輸時隙，其中，目標(biāo)傳輸時隙為用于傳輸目標(biāo)信源衛(wèi)星的待傳輸數(shù)據(jù)的時隙。

具體地，在本發(fā)明實(shí)施例中，可以將預(yù)先為目標(biāo)信源衛(wèi)星分配的傳輸時隙確定為空閑傳輸時隙，進(jìn)而，通過該空閑傳輸時隙傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列中位于最前端的數(shù)據(jù)，其中，該傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列為中繼衛(wèi)星用于存儲待傳輸數(shù)據(jù)的隊(duì)列。

由于每顆信源衛(wèi)星都依據(jù)FIFO(先入先出)策略發(fā)送，即發(fā)送其隊(duì)列最前端的數(shù)據(jù)包。因此，在通過空閑傳輸時隙傳輸數(shù)據(jù)時，則是將傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列中位于最前端的數(shù)據(jù)發(fā)送至中繼衛(wèi)星。

在本發(fā)明實(shí)施例的一個可選實(shí)施方式中，在通過空閑傳輸時隙向地面服務(wù)站傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)之后，該方法還包括如下步驟：

步驟S1，判斷地面服務(wù)站是否成功接收到目標(biāo)數(shù)據(jù)；

步驟S2，如果判斷出成功接收到目標(biāo)數(shù)據(jù)，則刪除目標(biāo)數(shù)據(jù)；

步驟S3，如果判斷出未成功接收到目標(biāo)數(shù)據(jù)，則將目標(biāo)數(shù)據(jù)保存在傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列的隊(duì)尾。

具體地，在本發(fā)明實(shí)施例中，中繼衛(wèi)星在通過空閑傳輸時隙向地面服務(wù)站傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)之后，判斷地面服務(wù)站是否成功接收到該目標(biāo)數(shù)據(jù)。具體地，當(dāng)?shù)孛娣?wù)站成功接收到目標(biāo)數(shù)據(jù)時，將發(fā)送ACK確認(rèn)信號到中繼衛(wèi)星，并由中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)信源衛(wèi)星。也就是說，中繼衛(wèi)星可以通過判斷是否接收到確認(rèn)信號來判斷地面服務(wù)站是否接收到該目標(biāo)數(shù)據(jù)。

當(dāng)?shù)孛娣?wù)站成功接收到目標(biāo)數(shù)據(jù)時，中繼衛(wèi)星和信源衛(wèi)星都將其隊(duì)首已發(fā)送成功的數(shù)據(jù)包刪除，如果地面服務(wù)站沒有成功接收，而中繼衛(wèi)星成功接收到數(shù)據(jù)包，中繼衛(wèi)星和相應(yīng)的信源衛(wèi)星將該數(shù)據(jù)包分別保存在各自的隊(duì)列尾和隊(duì)列首。

在本發(fā)明實(shí)施例的另一個可選實(shí)施方式中，在將目標(biāo)數(shù)據(jù)保存在傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列的隊(duì)尾之后，該方法還包括如下步驟：

步驟S4，判斷在空閑傳輸時隙之后的連續(xù)n個傳輸時隙中是否將目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至地面服務(wù)站；

步驟S5，如果判斷出未將目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至地面服務(wù)站，則刪除目標(biāo)數(shù)據(jù)，并將目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至相應(yīng)地信源衛(wèi)星，以使相應(yīng)地信源衛(wèi)星將目標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至地面服務(wù)站。

具體地，當(dāng)信源衛(wèi)星發(fā)送數(shù)據(jù)包(例如，包含目標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包)到中繼衛(wèi)星后，中繼衛(wèi)星在當(dāng)前時隙之后的N-1個時隙中繼衛(wèi)星均沒有成功轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，則中繼衛(wèi)星刪除此數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至其他信源衛(wèi)星，由相應(yīng)的信源衛(wèi)星負(fù)責(zé)將該數(shù)據(jù)包直接發(fā)至地面站。

通過上述描述可知，在本發(fā)明實(shí)施例提供的空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置方法和裝置中，為保證每顆接入的低軌信源衛(wèi)星都能充分利用信道及鏈路條件進(jìn)行傳輸，同時充分利用低軌道中繼衛(wèi)星的傳輸資源，當(dāng)?shù)蛙壴葱l(wèi)星能夠與地面站建立連接時，即使可以與低軌中繼衛(wèi)星連接，也不使用星間鏈路，而采用其專用的星地鏈路傳輸數(shù)據(jù)，低軌中繼衛(wèi)星則使用空閑出來的傳輸時隙資源將其隊(duì)列最前端的數(shù)據(jù)傳輸至地面站。該方法為保證中繼資源充分利用，采用認(rèn)知技術(shù)，使中繼衛(wèi)星具有感知信道空閑狀態(tài)的能力，能夠感知接入衛(wèi)星的數(shù)量，感知接入衛(wèi)星的傳輸數(shù)據(jù)情況及接入狀態(tài)，以及感知是否有數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，以及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的空閑資源，并利用空閑傳輸時隙發(fā)送中繼衛(wèi)星隊(duì)列最前端的來自其他接入衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)一步通過仿真，來驗(yàn)證本發(fā)明實(shí)施例提供的空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置方法的性能，具體如下：

設(shè)置低軌中繼衛(wèi)星軌道高度為812km，兩顆接入的低軌信源衛(wèi)星分為部署在高度為645km和785km的軌道。設(shè)星間鏈路和星地鏈路的衰落因子分別為γ₁＝2.1和γ₂＝2.8，傳輸功率為G＝10watt，星間與星地鏈路的高斯白噪聲平均功率N₀分別為10^-11和10^-12，視距與其它路徑的功率比K分別為7.78dB和6.99dB，令Ω＝1+K。

首先，分析應(yīng)用本發(fā)明提出的協(xié)作傳輸協(xié)議，不同的信噪比的閾值β和地面服務(wù)站雷達(dá)最大接收仰角α₂對傳輸性能的影響。其中，設(shè)置β在0到50之間變化，α₂設(shè)置為30°、60°和80°。星間與星地鏈路的通斷情況由ON/OFF模型和物理信道模型決定，使用協(xié)作資源分配協(xié)議對低軌中繼衛(wèi)星的時隙資源進(jìn)行分配，兩顆衛(wèi)星的平均最大吞吐量圖3所示。圖3即為低軌中繼衛(wèi)星系統(tǒng)最大吞吐量隨信噪比閾值與地面服務(wù)站接收仰角的變化的示意圖。由仿真結(jié)果可以看出，系統(tǒng)平均最大吞吐量隨β增大而減小，隨α₂增大而增大。低軌中繼衛(wèi)星時隙分配系統(tǒng)中，接入低軌衛(wèi)星的平均隊(duì)列延遲隨隊(duì)列到達(dá)率λ₁、信噪比的閾值以及接收仰角α₂的變化情況圖4所示。

接下來，分析衛(wèi)星軌道高度對系統(tǒng)平均吞吐量的影響。將兩個低軌接入衛(wèi)星的軌道高度在300km到10000km之間變化，設(shè)置信噪比的閾值為β＝10，其它參數(shù)與之前仿真設(shè)置相同，仿真結(jié)果圖5所示。可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)最大吞吐量出現(xiàn)在軌道高度為2800km附近。

綜上，利用本發(fā)明提供的方法在對于多接入?yún)f(xié)作通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、在本發(fā)明實(shí)施例中，中繼衛(wèi)星能夠感知空閑信道狀態(tài)，并利用空閑傳輸資源為有傳輸任務(wù)的接入衛(wèi)星進(jìn)行中繼，解決了傳統(tǒng)固定時隙分配方式下空余傳輸時隙資源浪費(fèi)的情況；

2、在本發(fā)明實(shí)施例中，采用萊斯信道對星間鏈路及星地鏈路的物理信道進(jìn)行建模，能夠有效刻畫傳輸鏈路中遮擋物少、視距傳輸為主的情況；

3、在本發(fā)明實(shí)施例中，采用基于可見性、雷達(dá)捕獲角的ON/OFF模型對星間及星地鏈路進(jìn)行建模，能夠有效刻畫傳輸鏈路的通斷情況；

4、在本發(fā)明實(shí)施例中，采用時隙劃分的方式，由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道周期具有可預(yù)測性，因此時隙劃分方式便于協(xié)議實(shí)現(xiàn)和實(shí)施。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置裝置，該空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置裝置主要用于執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施例上述內(nèi)容所提供的空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置方法，以下對本發(fā)明實(shí)施例提供的空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置裝置做具體介紹。

圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置裝置的示意圖，如圖6所示，該空間信息網(wǎng)絡(luò)中時隙的配置裝置主要包括第一確定單元61，檢測單元62，第二確定單元63和傳輸單元64，其中：

第一確定單元61，用于確定接入中繼衛(wèi)星的至少一個信源衛(wèi)星；

檢測單元62，用于在至少一個信源衛(wèi)星中檢測目標(biāo)信源衛(wèi)星，其中，目標(biāo)信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間的通信信道為空閑信道；

第二確定單元63，用于在檢測到目標(biāo)信源衛(wèi)星的情況下，確定中繼衛(wèi)星的空閑傳輸時隙；

傳輸單元64，用于通過空閑傳輸時隙向地面服務(wù)站傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)，其中，目標(biāo)數(shù)據(jù)為傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列中位于隊(duì)列最前端的數(shù)據(jù)，其中，傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列用于存儲從信源衛(wèi)星獲取到的待傳輸數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，首先確定接入中繼衛(wèi)星的至少一個信源衛(wèi)星，然后，在至少一個信源衛(wèi)星中檢測與中繼衛(wèi)星之間的通信信道為空閑信道的目標(biāo)信源衛(wèi)星，在檢測到目標(biāo)信源衛(wèi)星的情況下，確定中繼衛(wèi)星的空閑傳輸時隙，并通過該空閑傳輸時隙進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。在本發(fā)明實(shí)施例中，相對于現(xiàn)有技術(shù)中固定傳輸時隙的分配方式下，本發(fā)明實(shí)施例達(dá)到了對傳輸時隙的動態(tài)分配的目的，緩解了現(xiàn)有技術(shù)中無法對中繼衛(wèi)星的傳輸時隙進(jìn)行動態(tài)分配的技術(shù)問題，從而實(shí)現(xiàn)了合理分配中繼衛(wèi)星的傳輸時隙的技術(shù)效果。

可選地，第二確定單元用于：將中繼衛(wèi)星的多個傳輸時隙中的目標(biāo)傳輸時隙確定為空閑傳輸時隙，其中，目標(biāo)傳輸時隙為用于傳輸目標(biāo)信源衛(wèi)星的待傳輸數(shù)據(jù)的時隙。

可選地，檢測單元用于：檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星和中繼衛(wèi)星之間的連接狀態(tài)，并根據(jù)連接狀態(tài)確定當(dāng)前信源衛(wèi)星是否為目標(biāo)信源衛(wèi)星，其中，當(dāng)前信源衛(wèi)星為至少一個信源衛(wèi)星中任一個信源衛(wèi)星；或者，檢測當(dāng)前信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列中是否包含待傳輸數(shù)據(jù)，其中，如果檢測出當(dāng)前信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列中不包含待傳輸數(shù)據(jù)，則確定當(dāng)前信源衛(wèi)星為目標(biāo)信源衛(wèi)星。

可選地，檢測單元還用于：通過第一信道模型確定是否已建立當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間的通信鏈路，以及通過第一信道模型確定是否已建立當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間的通信鏈路，其中，第一信道模型為預(yù)先通過ON/OFF模型建立的信道模型；如果確定出中繼衛(wèi)星與當(dāng)前信源衛(wèi)星之間的通信鏈路已建立，并且確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間的通信鏈路未建立，則通過第二信道模型確定當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星是否能夠正常通信，其中，第二信道模型為預(yù)先通過萊斯信道建立的信道模型；如果確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星不能正常通信，則確定當(dāng)前信源衛(wèi)星為目標(biāo)信源衛(wèi)星；如果確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星能夠正常通信，則確定當(dāng)前信源衛(wèi)星不是目標(biāo)信源衛(wèi)星。

可選地，檢測單元還用于：在通過第一信道模型確定是否已建立當(dāng)前信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間的通信鏈路，以及通過第一信道模型確定是否已建立當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間的通信鏈路之后，如果確定出中繼衛(wèi)星與當(dāng)前信源衛(wèi)星之間的通信鏈路未建立，并且確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站之間的通信鏈路已建立，則通過第二信道模型確定當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站是否能夠正常通信；如果確定出當(dāng)前信源衛(wèi)星與地面服務(wù)站能夠正常通信，則確定當(dāng)前信源衛(wèi)星是目標(biāo)信源衛(wèi)星。

可選地，該裝置還包括：第一判斷單元，用于在通過空閑傳輸時隙向地面服務(wù)站傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)之后，判斷地面服務(wù)站是否成功接收到目標(biāo)數(shù)據(jù)；第一刪除單元，用于在判斷出成功接收到目標(biāo)數(shù)據(jù)的情況下，刪除目標(biāo)數(shù)據(jù)；保存單元，用于在判斷出未成功接收到目標(biāo)數(shù)據(jù)的情況下，將目標(biāo)數(shù)據(jù)保存在傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列的隊(duì)尾。

可選地，該裝置還包括：第一判斷單元，用于在將目標(biāo)數(shù)據(jù)保存在傳輸數(shù)據(jù)隊(duì)列的隊(duì)尾之后，判斷在空閑傳輸時隙之后的連續(xù)n個傳輸時隙中是否將目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至地面服務(wù)站；第一刪除單元，用于在判斷出未將目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至地面服務(wù)站的情況下，刪除目標(biāo)數(shù)據(jù)，并將目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至相應(yīng)地信源衛(wèi)星，以使相應(yīng)地信源衛(wèi)星將目標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至地面服務(wù)站。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。