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面向多层多域巨型星座的卫星网络拓扑控制

通信学报 2024年

作者：徐晓帆章跃跃曹馨悦缪馨燕锋杜平上海卫星互联网研究院有限公司上海市卫星互联网重点实验室东南大学移动通信全国重点实验室

针对巨型星座单星任务的时变性以及由此产生的负载过重、单节点脆弱性以及网络控制平面的高可靠性需求，研究面向多层多域巨型星座的卫星网络拓扑控制，提出了一种基于北斗网格位置码的多层多域拓扑描述模型。首先给出了域、层、片、元... 详细信息

针对巨型星座单星任务的时变性以及由此产生的负载过重、单节点脆弱性以及网络控制平面的高可靠性需求，研究面向多层多域巨型星座的卫星网络拓扑控制，提出了一种基于北斗网格位置码的多层多域拓扑描述模型。首先给出了域、层、片、元相关概念及其定义，以实现对卫星节点和星间链路的拓扑特征的统一表征，刻画卫星节点的连通状态以及整个星座的网络拓扑结构；然后设计了一套以在轨控制器为核心、以地面网络控制为辅助的拓扑控制架构，用于提供常态化运行服务保障；最后通过仿真平台对巨型星座子域划分和统一表征进行了验证分析。仿真结果表明，所提拓扑描述模型能够提高巨型星座卫星网络拓扑控制过程的实时性与准确率。

关键词：巨型星座多层多域北斗网格位置码网络拓扑控制

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异构巨型星座开放式敏捷架构设计

上海航天（中英文） 2024年第3期41卷 95-102页

作者：陈占胜朱维各上海航天技术研究院上海201109 上海卫星工程研究所上海201109

巨型星座的异构化是市场牵引、任务驱动未来天基系统的大趋势,如何发展好、用好、管理好异构巨型星座是行业内持续探讨的热点。针对异构巨型星座在体系设计、协同组网、灵活应用和系统运行等方面的问题,瞄准“动态协同、高品质服务、无... 详细信息

巨型星座的异构化是市场牵引、任务驱动未来天基系统的大趋势,如何发展好、用好、管理好异构巨型星座是行业内持续探讨的热点。针对异构巨型星座在体系设计、协同组网、灵活应用和系统运行等方面的问题,瞄准“动态协同、高品质服务、无感使用、易于管控”等需求目标,本文提出“联接、感知、智算、传输、研训、管控、应用”七位一体的异构巨型星座体系构建思路,应用开放式设计理念,实现快速、灵活、自主的星座资源整合与调度,支持模块化、可伸缩的多业务、多应用的按需服务。

关键词：异构系统巨型星座开放架构敏捷组网无感服务

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巨型星座路由技术综述

天地一体化信息网络 2024年第1期5卷 2-13页

作者：张佳鑫常朝阳张易隆李睿王凯巍张兴泛网无线教育部重点实验室北京100876 北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876

针对当前卫星星座巨型化趋势,分析巨型星座的特点,从组网传输和业务需求两方面总结巨型星座路由的能力要求,包含信令开销、负载均衡、故障处理、QoS保障等4个方面,并针对性地分析适用于巨型星座的路由方法、典型算法及其表现。展望软件... 详细信息

针对当前卫星星座巨型化趋势,分析巨型星座的特点,从组网传输和业务需求两方面总结巨型星座路由的能力要求,包含信令开销、负载均衡、故障处理、QoS保障等4个方面,并针对性地分析适用于巨型星座的路由方法、典型算法及其表现。展望软件定义网络、区域划分、人工智能、算力路由等4种支撑巨型星座路由的相关技术方向,以期对6G卫星互联网建设提供参考。

关键词：巨型星座低轨卫星卫星路由

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低轨巨型星座体系架构设计与关键技术分析

天地一体化信息网络 2024年第2期5卷 43-52页

作者：高梓贺姚海鹏张磊石钰林王富陶滢中国空间技术研究院北京100094 北京邮电大学北京100876

巨型星座中海量网元对现有网络架构和技术体制提出了严峻挑战,如何设计和规划网络体系架构是巨型星座发展的关键问题之一。从星座架构的概念与特征出发,结合国内外卫星星座发展情况与技术预判,提出“四面”(感知平面、数据平面、控制平... 详细信息

巨型星座中海量网元对现有网络架构和技术体制提出了严峻挑战,如何设计和规划网络体系架构是巨型星座发展的关键问题之一。从星座架构的概念与特征出发,结合国内外卫星星座发展情况与技术预判,提出“四面”(感知平面、数据平面、控制平面、智能管理平面)和“三层”(资源层、传送层、业务层)的多层多域混合式智能协同组网体系架构,设计星座网络管控架构、技术参考模型与协议架构等。同时,针对星座建设与发展趋势,阐述并分析星座网络编址路由、网络鲁棒性敏捷保障、差异化业务承载、端到端可靠传送等关键技术的演化趋势,支撑我国低轨巨型星座网络发展与建设。

关键词：巨型星座组网体系架构技术参考模型协议架构

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巨型星座覆盖性的高效分析方法

航空学报 2022年第3期43卷 418-428页

作者：吕林立肖歆昕冯冠华李文皓中国科学院力学研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

针对巨型星座设计及建设过程中的覆盖性分析问题,提出了一种高效覆盖性分析新方法:并行墨卡托投影图叠加法(PMPS)。该算法通过对墨卡托投影图的图像叠加处理,进行覆盖域计算,突破了传统网格法(GPA)中网格数量与星座卫星数量的关联约束,... 详细信息

针对巨型星座设计及建设过程中的覆盖性分析问题,提出了一种高效覆盖性分析新方法:并行墨卡托投影图叠加法(PMPS)。该算法通过对墨卡托投影图的图像叠加处理,进行覆盖域计算,突破了传统网格法(GPA)中网格数量与星座卫星数量的关联约束,降低了计算消耗对卫星数量增长的敏感度。给定计算精度下,随着卫星数量的增加,GPA与PMPS计算消耗比值逐渐提高,并最终趋于极限值,该极限值和GPA选取网格量呈正相关。仿真结果表明;全球覆盖分析中GPA网格数为10;量级、满足指定计算误差时,未引入并行计算的PMPS效率相对GPA最大可提高1~2个量级,当GPA网格量更大时,如10;量级时,未引入并行计算的PMPS效率相对GPA预计最大可提高2~3个量级。

关键词：巨型星座并行墨卡托投影图叠加法(PMPS) 覆盖性分析网格法(GPA) 全球覆盖

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基于DRL的巨型星座星地测控链路规划算法

中国空间科学技术 2023年第5期43卷 65-70页

作者：席超杨博王记荣李公朱睿杰杨肖航天恒星科技有限公司西安710000 郑州大学郑州450001

针对巨型星座的星地测控链路规划问题,提出了一种基于深度强化学习的智能规划调度算法。该方法考虑了卫星对于测控站的资源竞争关系和连接关系,设计了环境状态,决策智能体通过感知卫星状态,结合动作选择策略,生成卫星对于测控站的分配方... 详细信息

针对巨型星座的星地测控链路规划问题,提出了一种基于深度强化学习的智能规划调度算法。该方法考虑了卫星对于测控站的资源竞争关系和连接关系,设计了环境状态,决策智能体通过感知卫星状态,结合动作选择策略,生成卫星对于测控站的分配方案,并根据反馈的奖励值进行策略的迭代优化。将本算法应用于巨型星座系统的星地测控链路规划任务,仿真结果表明所提出的智能算法可以将测控站天线利用率提升到98%以上,同时有效地降低了天线的切换次数。另外,训练好的模型可以根据未来时刻的星地可视窗口,在30s内快速生成星地测控链路规划方案。

关键词：巨型星座星地测控链路规划深度强化学习天线利用率切换次数

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巨型星座的空间安全性与自主防碰撞方法

航天控制 2023年第3期41卷 75-82页

作者：杨盛庆朱文山钟超吴敬玉林荣峰上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109

从巨型星座轨道运动的力学特性出发,分析了星座空间安全性及自主防碰撞方法。针对碰撞发生的轨道相对运动特征,基于球面三角学构造了碰撞的轨道参数表征形式,分析了星座内部和星座外部的碰撞风险。针对异轨空间目标相对速度大、交会时... 详细信息

从巨型星座轨道运动的力学特性出发,分析了星座空间安全性及自主防碰撞方法。针对碰撞发生的轨道相对运动特征,基于球面三角学构造了碰撞的轨道参数表征形式,分析了星座内部和星座外部的碰撞风险。针对异轨空间目标相对速度大、交会时间短的特征,提出了基于多轨交会航过观测的碰撞风险监视和自主防碰撞规避。以Cosmos-2251卫星和Iridium-33卫星的碰撞为例,分析了碰撞风险目标的相对运动特征,仿真分析了多轨交会航过目标监视和自主碰撞规避的可行性。

关键词：巨型星座空间安全性自主防碰撞多轨交会航过观测

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巨型星座高效管理及智能应用关键技术研究

航天器工程 2023年第1期32卷 1-7页

作者：李宗凌宋桂萍汪路元于登云北京理工大学信息与电子学院北京100081 北京空间飞行器总体设计部北京100094 中国航天科技集团有限公司北京100048

针对未来万颗规模巨型星座资源管理、互联互通、即时协同、自主运控和安全可信等共性基础功能需求,提出一种基于操作系统实现上述功能需求和构建巨型星座信息基座的技术方法,满足天基系统前向兼容和持续扩展需求.通过研究体系架构、高... 详细信息

针对未来万颗规模巨型星座资源管理、互联互通、即时协同、自主运控和安全可信等共性基础功能需求,提出一种基于操作系统实现上述功能需求和构建巨型星座信息基座的技术方法,满足天基系统前向兼容和持续扩展需求.通过研究体系架构、高效内核、融合组网、安全可信、生态体系等巨型星座高效管理及智能应用关键技术,为构建面向巨型星座复杂应用场景的统一基础软件平台巨型星座操作系统提供解决思路以及发展建议,将支撑我国卫星互联网等大规模星座高效建设及能力快速形成.

关键词：巨型星座高效管理智能应用操作系统

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面向巨型星座卫星网络的小区呼吸方案

Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2022年第2期39卷 152-163页

作者：林子童李贺武刘君清华大学网络科学与网络空间研究院北京100081 北京国家信息科学与技术研究中心北京100081

相较于地面网络,低轨巨型星座可以提供覆盖全球的低延迟高带宽互联网服务。卫星网络的时变拓扑和不均匀的用户分布导致了卫星与用户之间的不匹配,进而造成卫星资源的浪费和用户性能的下降。传统地面的小区呼吸在面对用户潮汐时,一般通... 详细信息

相较于地面网络,低轨巨型星座可以提供覆盖全球的低延迟高带宽互联网服务。卫星网络的时变拓扑和不均匀的用户分布导致了卫星与用户之间的不匹配,进而造成卫星资源的浪费和用户性能的下降。传统地面的小区呼吸在面对用户潮汐时,一般通过与邻居不断协商收敛到最优小区大小,然而这种方法在面对卫星快速移动引起的快速极端流量变化时难以及时收敛。本文提出了一种新的小区呼吸方案Fa B,通过子块划分和卫星小区的自适应初始化和调整来应对这种变化。Fa B根据用户密度将地面划分为子块。当卫星在同一个子块中移动时,根据前一卫星与当前卫星的小区大小差异调整呼吸的步长。当卫星在不同子块之间切换时,根据新子块的密度确定小区的初始值。除了与相邻卫星协商外,Fa B还引入位置信息直接调整小区呼吸参数,从而减少了小区呼吸收敛时间。从真实星座数据驱动的仿真可以看出,Fa B可以随着位置变化快速调整小区大小,相较于没有使用小区呼吸前,卫星的利用率提升至2.66倍;相较于地面没有使用位置信息的小区呼吸,Fa B将利用率提高到2.37倍。

关键词：卫星网络小区呼吸巨型星座区块划分