本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信領(lǐng)域，特別涉及一種適用于天基光網(wǎng)的光波長(zhǎng)交換方法。

背景技術(shù)：

相比于傳統(tǒng)的微波通信，激光通信更具有的信息容量大、傳輸速度快、信道隱蔽性好，通信系統(tǒng)體積小、重量輕、功耗低和相對(duì)性價(jià)比高等特點(diǎn)。隨著空間激光通信技術(shù)的發(fā)展，激光通信將越來越多地應(yīng)用于衛(wèi)星通信。美國(guó)計(jì)劃了整合空間資源的“轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)”(tsat)系統(tǒng)的設(shè)想。在tsat系統(tǒng)中，位于同步軌道的衛(wèi)星采用激光鏈路與相鄰衛(wèi)星連接組成天基光網(wǎng)；天基光網(wǎng)中的每個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)采用微波鏈路和激光鏈路實(shí)現(xiàn)對(duì)天基、空基、?；?、陸基用戶的接入；星上光電混合交換機(jī)/路由器能夠完成不同鏈路間的信息互聯(lián)互通互操作。

作為星上光電混合交換技術(shù)重要組成部分，光交換完成天基光網(wǎng)的星間激光鏈路和用戶激光鏈路間的信息交換，其性能直接影響天基光網(wǎng)的通信容量、信息服務(wù)能力。為驗(yàn)證星上光交換的可行性，歐洲航天局(europeanspaceagency，esa)相繼開展了uliss(ultra-lowinstablitysignalsource)，otus(opticaltechnologiesforultra-fastsignalprocessingonsiliconplatforms)等一系列計(jì)劃進(jìn)行星上多粒度交換的技術(shù)研究，美國(guó)國(guó)家航空航天局(nationalaeronauticsandspaceadministration(nasa))也開展了星上光交換項(xiàng)目。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用于天基光網(wǎng)的光波長(zhǎng)交換方法，其特征在于，天基光網(wǎng)由衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)通過激光鏈路相連組成；將天基光網(wǎng)抽象為有向網(wǎng)絡(luò)圖g(n,e)，n表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合，e表示激光鏈路集合，給節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的業(yè)務(wù)x分配波長(zhǎng)λi,j,x作為路由標(biāo)簽，其中i,j∈n，x∈{0,1}，x＝0表示工作業(yè)務(wù)，x＝1表示保護(hù)業(yè)務(wù)；通過建立天基光網(wǎng)的線性規(guī)劃模型，并求解得到網(wǎng)絡(luò)存在鏈路故障情況下進(jìn)行重路由不造成業(yè)務(wù)丟失需要的最少波長(zhǎng)數(shù)w；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括w個(gè)交換平面，第f個(gè)平面完成第f個(gè)波長(zhǎng)的交換，每個(gè)交換平面包括一個(gè)nd×nd的光開關(guān)，其中f∈[1,w]，nd為一個(gè)光開關(guān)的端口數(shù)，nd＝ns+nu，ns為與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i相連的其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，nu為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i的用戶激光鏈路數(shù)量；

其中，線性規(guī)劃模型建立及求解過程如下：

(1)給定一個(gè)數(shù)學(xué)極大值m；

(2)定義變量：

①鏈路波長(zhǎng)占用決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)(i,j,x)使用激光鏈路(m,n)的第f波長(zhǎng)時(shí)，值為1，反之，為0，其中m,n∈n，f∈[1,w]為網(wǎng)絡(luò)可用的第f個(gè)波長(zhǎng)；

②業(yè)務(wù)波長(zhǎng)占用決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)(i,j,x)使用第f波長(zhǎng)時(shí)，值為1；反之，為0；

③θf：波長(zhǎng)占用決策變量，當(dāng)?shù)趂波長(zhǎng)被使用時(shí)，值為1；反之，為0。

(3)優(yōu)化目標(biāo)：最小化使用的波長(zhǎng)數(shù)

(4)整數(shù)線性約束：

①節(jié)點(diǎn)流守恒約束：

②光路資源唯一利用約束：

③所有業(yè)務(wù)全部接入約束：

④波長(zhǎng)使用約束：

(5)通過求解以上線性規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)最優(yōu)解得所需最少波長(zhǎng)數(shù)w。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在求解天基光網(wǎng)的線性規(guī)劃模型得到最少波長(zhǎng)數(shù)的基礎(chǔ)上，通過配置多個(gè)波長(zhǎng)交換平面，實(shí)現(xiàn)天基光網(wǎng)波長(zhǎng)級(jí)交換。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)任意星間激光鏈路以及用戶激光鏈路的波長(zhǎng)級(jí)交換。

附圖說明

圖1為由5顆同步軌道衛(wèi)星組成的天基光網(wǎng)及單星內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為鏈路故障情況重路由示意圖。

圖3為節(jié)點(diǎn)內(nèi)部交換結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種適用于天基光網(wǎng)的光波長(zhǎng)交換方法

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例面向的天基光網(wǎng)由5顆同步軌道衛(wèi)星組成，相鄰兩星之間通過ns＝2條激光鏈路(正向激光鏈路和反向激光鏈路)組成雙環(huán)光網(wǎng)，每顆衛(wèi)星通過nu＝2條激光鏈路連接到天基、空基、?；㈥懟母黝愑脩粢约暗孛孢\(yùn)維管控中心。將天基光網(wǎng)抽象為有向網(wǎng)絡(luò)圖g(n,e)，n表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合，e表示激光鏈路集合，相連的節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的業(yè)務(wù)x路徑分配波長(zhǎng)λi,j,x作為路由標(biāo)簽,其中i,j∈n，x∈{0,1}，x＝0表示工作業(yè)務(wù)，x＝1表示保護(hù)業(yè)務(wù)。光交換系統(tǒng)完成各類激光鏈路間的數(shù)據(jù)交換。

如圖2所示，當(dāng)發(fā)生一條鏈路故障時(shí)，能夠通過重新分配波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)重路由從而保證業(yè)務(wù)不丟失。為求得重路由所需的最少波常數(shù)w，對(duì)圖1所示天基光網(wǎng)建立如下線性規(guī)劃模型：

(1)給定一個(gè)數(shù)學(xué)極大值m；

(2)定義變量：

①鏈路波長(zhǎng)占用決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)(i,j,x)使用激光鏈路(m,n)的f波長(zhǎng)時(shí)，值為1，反之，為0，其中m,n∈n，f∈[1,w]為網(wǎng)絡(luò)可用的第f個(gè)波長(zhǎng)；

②業(yè)務(wù)波長(zhǎng)占用決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)(i,j,x)使用第f波長(zhǎng)時(shí)，值為1；反之，為0；

③θf：波長(zhǎng)占用決策變量，當(dāng)?shù)趂波長(zhǎng)被使用時(shí)，值為1；反之，為0；

(3)優(yōu)化目標(biāo)：最小化使用的波長(zhǎng)數(shù)

(4)整數(shù)線性約束：

①節(jié)點(diǎn)流守恒約束：

②光路資源唯一利用約束：

③所有業(yè)務(wù)全部接入約束：

④波長(zhǎng)使用約束：

通過求解以上線性規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)最優(yōu)解可得圖1所示的天基光網(wǎng)所需最少波長(zhǎng)數(shù)w＝12。

如圖3所示，將所用波長(zhǎng)依次標(biāo)記為λ1,λ2,…,λ12，本發(fā)明實(shí)施例所提供的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)內(nèi)光交換結(jié)構(gòu)包括λ1交換平面，λ2交換平面，…，λ12交換平面。每個(gè)交換平面包括一個(gè)4×4的光開關(guān)接收相應(yīng)波長(zhǎng)的激光鏈路信息，完成相應(yīng)波長(zhǎng)的交換。

綜上所述，本發(fā)明所提供的適用于天基光網(wǎng)的光波長(zhǎng)交換方法在求解天基光網(wǎng)的線性規(guī)劃模型得到最少波長(zhǎng)數(shù)的基礎(chǔ)上，通過配置多個(gè)波長(zhǎng)交換平面，實(shí)現(xiàn)天基光網(wǎng)波長(zhǎng)級(jí)交換，滿足了天基光網(wǎng)的組網(wǎng)與傳輸需求。