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一种中高轨混合的多层卫星骨干网络架构设计

李文屏 白鹤峰 赵毅 冯旭哲 邵富杰

李文屏, 白鹤峰, 赵毅, 冯旭哲, 邵富杰. 一种中高轨混合的多层卫星骨干网络架构设计[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(2): 472-479. doi: 10.11999/JEIT211198
引用本文: 李文屏, 白鹤峰, 赵毅, 冯旭哲, 邵富杰. 一种中高轨混合的多层卫星骨干网络架构设计[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(2): 472-479. doi: 10.11999/JEIT211198
LI Wenping, BAI Hefeng, ZHAO Yi, FENG Xuzhe, SHAO Fujie. Design of a Hybrid Multi-layer Satellite Backbone Network Architecture[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(2): 472-479. doi: 10.11999/JEIT211198
Citation: LI Wenping, BAI Hefeng, ZHAO Yi, FENG Xuzhe, SHAO Fujie. Design of a Hybrid Multi-layer Satellite Backbone Network Architecture[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(2): 472-479. doi: 10.11999/JEIT211198

一种中高轨混合的多层卫星骨干网络架构设计

doi: 10.11999/JEIT211198
详细信息
    作者简介:

    李文屏:男,博士,助理研究员,研究方向为通信卫星系统总体设计

    白鹤峰:男,博士,研究员,研究方向为卫星系统总体设计

    赵毅:男,硕士,高级工程师,研究方向为通信卫星系统数字化设计

    冯旭哲:男,博士,副教授/硕士生导师,研究方向为空间仪器工程

    邵富杰:男,硕士,助理研究员,研究方向为通信卫星系统总体设计

    通讯作者:

    赵毅 forrest2023@163.com

  • 中图分类号: TN927

Design of a Hybrid Multi-layer Satellite Backbone Network Architecture

  • 摘要: 卫星骨干网络将向宽带与中继融合方向发展,为陆、海、空、天基用户提供全球骨干传输、宽带接入、全域通联等服务。该文针对全域用户通联的新需求,创新采用“卫星骨干网络/全域用户接入”模型,提出一种具有层内、层间星间链路的中高轨混合的多层卫星骨干网络架构(3GEO+3IGSO/24MEO)。对该架构的全域覆盖性计算分析,得出该多层卫星骨干网络能够实现地球表面到地球同步轨道高度(约36000 km)全域100%覆盖,并为全域用户提供多重接入能力。进一步对路径数、最少跳数、最小时延等关键网络性能指标分析比较,说明了该架构中轨卫星与高轨卫星之间存在层间星间链路的必要性。分析结果表明:该架构能够满足全域宽带接入和全球骨干传输的需求。
  • 图  1  “卫星骨干网络/全域用户接入”模型

    图  2  3GEO+3IGSO+24MEO星座构型

    图  3  单颗卫星的覆盖区域

    图  4  空间用户的观测范围

    图  5  空间用户相对卫星的3种位置

    图  6  用户轨道高度与可见卫星数的关系

    图  7  2种架构的路径数

    图  8  2种架构的3跳和4跳最小时延

    表  1  各轨道星座参数

    轨道类型卫星数轨道面轨道高度(km)轨道倾角(°)轨位平近点角
    GEO31~360000定点于110°E,11°W,130°W
    IGSO31~3600065升交点经度145°E,25°W,95°W
    MEO2432000055每个轨道上首颗卫星初始时刻平近点角分别为
    0°, 15°, 30°,其余依次增加45°
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    表  2  3种卫星网络的覆盖率(%)

    时间高度
    0 km1000 km20000 km36000 km
    高轨层中轨层多层高轨层中轨层多层高轨层中轨层多层高轨层中轨层多层
    6:00100100100100100100100100100100100100
    12:00100100100100100100100100100100100100
    18:00100100100100100100100100100100100100
    24:00100100100100100100100100100100100100
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    表  3  典型应用场景

    场景1场景2场景3场景4场景5场景6场景7场景8场景9场景10
    源节点高轨用户高轨用户高轨用户高轨用户中轨用户中轨用户中轨用户低轨用户低轨用户地面用户
    目的节点高轨用户中轨用户低轨用户地面用户中轨用户低轨用户地面用户低轨用户地面用户地面用户
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  • [1] NISHIYAMA H, TADA Y, KATO N, et al. Toward optimized traffic distribution for efficient network capacity utilization in two-layered satellite networks[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2013, 62(3): 1303–1313. doi: 10.1109/TVT.2012.2227861
    [2] 徐炎, 崔司千. 多层卫星网络资源混合优化策略[J]. 无线电工程, 2020, 50(8): 711–716. doi: 10.3969/j.issn.1003-3106.2020.08.018

    XU Yan and CUI Siqian. A resource combined optimization algorithm for STDMA MAC protocols in multi-layer satellite networks[J]. Radio Engineering, 2020, 50(8): 711–716. doi: 10.3969/j.issn.1003-3106.2020.08.018
    [3] BLUMENTHAL S H. Medium earth orbit ka band satellite communications system[C]. 2013 IEEE Military Communications Conference, San Diego, USA, 2013: 273–277.
    [4] 徐冀, 嵩天, 杨雅婷, 等. 多层卫星网络数据缓存技术研究[J]. 载人航天, 2019, 25(4): 461–467. doi: 10.3969/j.issn.1674-5825.2019.04.007

    XU Ji, SONG Tian, YANG Yating, et al. Research on caching of multilayered satellite networks[J]. Manned Spaceflight, 2019, 25(4): 461–467. doi: 10.3969/j.issn.1674-5825.2019.04.007
    [5] 张泰江, 李勇军, 赵尚弘. 基于GEO/LEO双层卫星网络的路由算法优化设计[J]. 计算机工程, 2020, 46(7): 198–205. doi: 10.19678/j.issn.1000-3428.0055504

    ZHANG Taijiang, LI Yongjun, and ZHAO Shanghong. Optimization design of routing algorithm based on GEO/LEO double-layer satellite network[J]. Computer Engineering, 2020, 46(7): 198–205. doi: 10.19678/j.issn.1000-3428.0055504
    [6] 鲁岩, 许协, 吴明航. 多层卫星网络拓扑结构及路由协议研究[J]. 数字通信世界, 2015(10): 79,87. doi: 10.3969/j.issn.1672-7274.2015.10.069

    LU Yan, XU Xie, and WU Minghang. Research on multi-layer satellite network topology and routing protocol[J]. Digital Communication World, 2015(10): 79,87. doi: 10.3969/j.issn.1672-7274.2015.10.069
    [7] 刘立芳, 吴丹, 郎晓光, 等. GEO/LEO卫星网络的数据传输与抗毁性技术[J]. 西安电子科技大学学报:自然科学版, 2018, 45(1): 1–5,54. doi: 10.3969/j.issn.1001-2400.2018.01.001

    LIU Lifang, WU Dan, LANG Xiaoguang, et al. Research on data transmission and survivability technology of the GEO/LEO satellite network[J]. Journal of Xidian University:Natural Science, 2018, 45(1): 1–5,54. doi: 10.3969/j.issn.1001-2400.2018.01.001
    [8] 李伊陶. 基于LEO-MSS的多层扩展网络场景下的资源分配和切换优化[D]. [博士论文], 中国科学技术大学, 2020.

    LI Yitao. Resource allocation and handover optimization based on extensible multi-layer LEO-MSS[D]. [Ph. D. dissertation], University of Science and Technology of China, 2020.
    [9] 张承, 郭薇, 赵艳彬. 多层卫星网络中的管理策略研究[J]. 计算机技术与发展, 2015, 25(7): 1–4,10.

    ZHANG Cheng, GUO Wei, and ZHAO Yanbin. Research on a management scheme in multilayer satellite networks[J]. Computer Technology and Development, 2015, 25(7): 1–4,10.
    [10] 孙永林, 李大成, 刘飞. 多业务双层卫星网络的接入与切换策略分析[J]. 无线互联科技, 2020, 17(14): 11–14. doi: 10.3969/j.issn.1672-6944.2020.14.005

    SUN Yonglin, LI Dacheng, and LIU Fei. Analysis of access and switching strategy of multi-service and double-layer satellite network[J]. Wireless Internet Technology, 2020, 17(14): 11–14. doi: 10.3969/j.issn.1672-6944.2020.14.005
    [11] 王延春, 潘成胜. 双层卫星网络的结构设计与性能分析[J]. 计算机工程与设计, 2016, 37(5): 1145–1150. doi: 10.16208/j.issn1000-7024.2016.05.006

    WANG Yanchun and PAN Chengsheng. Architecture design and performance analysis of double-layer satellite networks[J]. Computer Engineering and Design, 2016, 37(5): 1145–1150. doi: 10.16208/j.issn1000-7024.2016.05.006
    [12] 田八林, 袁建平, 岳晓奎. 基于STK的GPS空间覆盖特性仿真分析[J]. 计算机仿真, 2008, 25(6): 46–49. doi: 10.3969/j.issn.1006-9348.2008.06.013

    TIAN Balin, YUAN Jianping, and YUE Xiaokui. Analysis and simulation of coverage performance of GPS based on STK[J]. Computer Simulation, 2008, 25(6): 46–49. doi: 10.3969/j.issn.1006-9348.2008.06.013
    [13] 张倩, 赵砚, 徐梅. 卫星星座的空域覆盖性能计算模型[J]. 飞行器测控学报, 2011, 30(1): 6–10.

    ZHANG Qian, ZHAO Yan, and XU Mei. Computation model of constellation space coverage performance[J]. Journal of Spacecraft TT &C Technology, 2011, 30(1): 6–10.
    [14] 郭炎鑫, 郑刚. 多层卫星网络链路中断容忍路由策略设计[J]. 电子与信息学报, 2010, 32(8): 1892–1897. doi: 10.3724/SP.J.1146.2009.01048

    GUO Yanxin and ZHENG Gang. Design of a link disruption tolerant routing strategy in multilayered satellite network[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2010, 32(8): 1892–1897. doi: 10.3724/SP.J.1146.2009.01048
    [15] 张鹏飞, 常建龙, 胡春生. GNSS空间覆盖性仿真分析[J]. 电讯技术, 2018, 58(6): 675–681. doi: 10.3969/j.issn.1001-893x.2018.06.010

    ZHANG Pengfei, CHANG Jianlong, and HU Chunsheng. Simulation analysis of GNSS space coverage performance[J]. Telecommunication Engineering, 2018, 58(6): 675–681. doi: 10.3969/j.issn.1001-893x.2018.06.010
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-01
  • 修回日期:  2022-09-03
  • 网络出版日期:  2022-09-08
  • 刊出日期:  2023-02-07

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