一種基于空間動態演化的衛星網絡自適應切換方法及系統與流程

本發明涉及無線通信網絡，尤其涉及一種基于空間動態演化的衛星網絡自適應切換方法、系統、電子設備及計算機可讀存儲介質。

背景技術：

1、衛星網絡的發展極大地提高了陸地信息傳輸的效率，隨著科技的發展，當陸地的數據傳輸量越來越多時，需要接入或更換低地球軌道衛星以滿足陸地的數據傳輸需求。

2、目前的衛星網絡使用的是天地一體化網絡，存在星地鏈路切換效率低，數據分配不均勻，數據傳輸中斷率高的問題，因此，需要構建能夠實現接入不同的低地球軌道衛星后能夠快速切換，且自適應分配數據傳輸的衛星網絡。

技術實現思路

1、本發明提供一種基于空間動態演化的衛星網絡自適應切換方法、計算機可讀存儲介質，其主要目的在于本發明可實現接入不同的低地球軌道衛星后能夠快速切換，且自適應分配數據傳輸。

2、為實現上述目的，本發明提供的一種基于空間動態演化的衛星網絡自適應切換方法，包括：

3、獲取目標區域的多個地面站及多個低地球軌道衛星，對多個地面站中的每一個地面站均執行如下操作：

4、獲取地面站的歷史數據集，將所述歷史數據集導入至預訓練的神經網絡模型，得到預測數據集；

5、從所述多個低地球軌道衛星中依次提取低地球軌道衛星，并對所提取的低地球軌道衛星執行如下操作：

6、獲取所提取的低地球軌道衛星與地面站之間的星地信道，并計算所提取的低地球軌道衛星與地面站之間的星站距離，基于所述預測數據集計算所提取的低地球軌道衛星對于地面站的可服務時間，根據星站距離及可服務時間計算星地信道的數據容量；

7、利用所述數據容量、可服務時間及星站距離對星地信道執行標識操作，得到標識信道；

8、匯總標識信道，得到地面站對應的標識信道集，匯總標識信道集，得到多個地面站所對應的衛星信道集，基于衛星信道集構建目標區域的區域衛星網絡，并利用區域衛星網絡生成預分配策略；

9、計算預分配策略的可靠性數值，基于可靠性數值確認預分配策略為可靠分配策略后，根據可靠分配策略及區域衛星網絡生成可靠衛星網絡，基于可靠衛星網絡傳輸目標區域在預設時段的待傳輸數據集后，完成基于空間動態演化的衛星網絡自適應切換。

10、可選地，所述將所述歷史數據集導入至預訓練的神經網絡模型，得到預測數據集，包括：

11、基于歷史數據集獲取監測日序，從監測日序中依次提取監測日，并劃分所提取的監測日，得到所提取的監測日對應的監測時序；

12、匯總監測時序，得到監測日序對應的監測時序集；

13、基于監測時序集獲取預設時段對應的同時段集，根據同時段集，從歷史數據集中調用同時段集對應的多個歷史數據，得到周期數據集；

14、基于監測時序集獲取與預設時段相鄰的前置時段集，根據前置時段集，從歷史數據集中調用前置時段集對應的多個歷史數據，得到前置數據集；

15、將周期數據集及前置數據集均導入至所述神經網絡模型，得到預設時段的預測數據集，其中，所述預測數據集的表示方式如下所示：

16、；

17、其中，表示預設時段的預測數據集，表示神經網絡模型根據周期數據集預測的周期預測數據集，表示神經網絡模型根據前置數據集預測的前置預測數據集，表示周期數據集對預測數據集的影響系數，表示前置數據集對預測數據集的影響系數，表示哈達瑪積運算符。

18、可選地，所述并計算所提取的低地球軌道衛星與地面站之間的星站距離，包括：

19、獲取所提取的低地球軌道衛星的高程，利用預構建的地心坐標系獲取地球地心坐標、所提取的低地球軌道衛星在地心坐標系中的衛星坐標點及地面站在地心坐標系中的地面站坐標點；

20、連接所述地球地心坐標及衛星坐標點，得到第一邊，連接地球地心坐標及所述地面站坐標點，得到第二邊，以地球地心坐標為公共頂點，利用第一邊及第二邊生成低衛星夾角；

21、根據所述低衛星夾角及所提取的低地球軌道衛星的高程計算低地球軌道衛星與地面站之間的星站距離，其中，星站距離的計算公式為：

22、；

23、其中，表示星站距離，表示地球半徑，且，表示所提取的低地球軌道衛星的高程，表示低衛星夾角。

24、可選地，所述基于所述預測數據集計算所提取的低地球軌道衛星對于地面站的可服務時間，包括：

25、獲取所提取的低地球軌道衛星的衛星速度及衛星軌道，根據所述衛星軌道獲取低地球軌道衛星的單位移動方向向量，其中，單位移動方向向量為衛星速度對應的單位向量；

26、基于地心坐標系獲取地面站的地面站坐標，基于所述地面站坐標及所提取的低地球軌道衛星的衛星坐標點構建單位星地方向向量，其中，單位星地方向向量為低地球軌道衛星指向地面站方向上的單位向量；

27、利用單位星地方向向量、單位移動方向向量及預測數據集計算所提取的低地球軌道衛星對地面站的可服務時間，其中，所述可服務時間的計算公式為：

28、；

29、其中，表示可服務時間，表示地面站的最大通信范圍的半徑，表示低地球軌道衛星的衛星速度，表示單位移動方向向量，表示單位星地方向向量，表示預測數據集中第個預測數據的大小，表示預測數據的序號，表示預測數據集中的預測數據的總個數，表示星地信道的數據傳輸速度。

30、可選地，所述根據星站距離及可服務時間計算星地信道的數據容量，包括：

31、根據星站距離計算星地信道的信道傳輸損失，其中，信道傳輸損失的計算公式為：

32、；

33、其中，表示信道傳輸損失，表示光速，表示星地信道中傳輸的信號的載波頻率，表示信道傳輸損失指數

34、根據信道傳輸損失計算地面站與所提取的低地球軌道衛星之間的單位信道容量，其中，所述單位信道容量的計算公式為：

35、；

36、其中，表示單位信道容量，表示信道寬帶，表示地面站的信號功率，表示星地信道的環境衰減因子，表示星地信道的信道增益因子，表示地面站的天線增益因子，表示噪聲功率譜密度；

37、根據單位信道容量及所述可服務時間計算星地信道的數據容量，其中，數據容量的計算公式如下所示：

38、；

39、其中，表示星地信道的數據容量。

40、可選地，所述計算預分配策略的可靠性數值，包括：

41、從所述區域衛星網絡中依次提取衛星信道，并對所提取的衛星信道均執行如下操作：

42、若啟用所提取的衛星信道，則將所述提取的衛星信道的準入系數賦值為1，否則，將所提取的衛星信道的準入系數賦值為0；

43、基于賦值后的衛星信道集，利用預構建的可靠性計算公式計算所述預分配策略的可靠性數值，其中，所述可靠性計算公式為：

44、；

45、其中，表示可靠性數值，表示預分配策略中的第個衛星信道，表示所述衛星信道集中的衛星信道的總數，表示第個衛星信道的準入系數，表示第個衛星信道的數據容量，表示預分配策略中第個衛星信道的可用容量，表示調節第個衛星信道的網絡狀態的比率常數，第個衛星信道根據衛星歷史數據集計算得到的可用容量期望，表示事件概率。

46、可選地，所述基于可靠性數值確認預分配策略為可靠分配策略后，包括：

47、比較可靠性數值與預設的可靠性閾值的大小；

48、若所述可靠性數值大于等于可靠性閾值，則將預分配策略確認為可靠分配策略；

49、否則，利用區域衛星網絡調整所述預分配策略，得到第二分配策略，基于第二分配策略計算第二可靠性數值，以第二可靠性數值為可靠性數值，返回所述比較可靠性數值與預設的可靠性閾值的大小的步驟，直至將預分配策略確認為可靠分配策略。

50、可選地，所述并利用區域衛星網絡生成預分配策略，包括：

51、利用區域衛星網絡，從多個地面站中依次提取地面站，并對所提取的地面站均執行如下操作：

52、基于所提取的地面站，從衛星信道集中提取地面-衛星信道集，地面-衛星信道集中篩選出第一地面-衛星信道及第二地面-衛星信道，基于第一地面-衛星信道及第二地面-衛星信道構建所提取的地面站的單位星地鏈路策略；

53、匯總單位星地鏈路策略，得到多個地面站對應的單位星地鏈路策略集，基于單位星地鏈路策略集生成目標區域的預分配策略。

54、可選地，所述獲取目標區域的多個地面站及多個低地球軌道衛星，之前還包括：

55、獲取目標區域的主通信區域，基于主通信區域獲取區域邊界；

56、獲取多個待觀測衛星，并對多個待觀測衛星中的所有待觀測衛星均執行如下操作：

57、獲取待觀測衛星的運行軌跡，獲取運行軌跡與主通信區域的重合度，當所述重合度大于等于預設的重合度閾值后，將所述待觀測衛星確認為次優衛星，否則，剔除所述待觀測衛星；

58、獲取次優衛星在地心坐標系中的實時坐標，基于實時坐標，根據次優衛星的運行軌跡計算次優衛星與區域邊界的衛星行程，獲取次優衛星的當前速度，基于當前速度與衛星行程計算次優衛星進入主通信區域的移動時間，比較所述移動時間與時間閾值，若所述移動時間小于時間閾值，則將次優衛星確認為目標區域對應的低地球軌道衛星。

59、為實現上述目的，本發明還提供一種基于空間動態演化的衛星網絡自適應切換系統，包括：

60、預測數據集獲取模塊，用于獲取目標區域的多個地面站及多個低地球軌道衛星，對多個地面站中的每一個地面站均執行如下操作：獲取地面站的歷史數據集，將所述歷史數據集導入至預訓練的神經網絡模型，得到預測數據集；

61、標識信道獲取模塊，用于從所述多個低地球軌道衛星中依次提取低地球軌道衛星，并對所提取的低地球軌道衛星執行如下操作：獲取所提取的低地球軌道衛星與地面站之間的星地信道，并計算所提取的低地球軌道衛星與地面站之間的星站距離，基于所述預測數據集計算所提取的低地球軌道衛星對于地面站的可服務時間，根據星站距離及可服務時間計算星地信道的數據容量，利用所述數據容量、可服務時間及星站距離對星地信道執行標識操作，得到標識信道；

62、預分配策略生成模塊，用于匯總標識信道，得到地面站對應的標識信道集，匯總標識信道集，得到多個地面站所對應的衛星信道集，基于衛星信道集構建目標區域的區域衛星網絡，并利用區域衛星網絡生成預分配策略；

63、可靠分配策略生成模塊，用于計算預分配策略的可靠性數值，基于可靠性數值確認預分配策略為可靠分配策略后，根據可靠分配策略及區域衛星網絡生成可靠衛星網絡，基于可靠衛星網絡傳輸目標區域在預設時段的待傳輸數據集后，完成基于空間動態演化的衛星網絡自適應切換。

64、為了解決上述問題，本發明還提供一種電子設備，所述電子設備包括：

65、存儲器，存儲至少一個指令；及

66、處理器，執行所述存儲器中存儲的指令以實現上述所述的基于空間動態演化的衛星網絡自適應切換方法。

67、為了解決上述問題，本發明還提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質中存儲有至少一個指令，所述至少一個指令被電子設備中的處理器執行以實現上述所述的基于空間動態演化的衛星網絡自適應切換方法。

68、本發明為解決背景技術所述問題，本發明獲取目標區域的多個地面站及多個低地球軌道衛星，對多個地面站中的每一個地面站均執行如下操作：獲取地面站的歷史數據集，將所述歷史數據集導入至預訓練的神經網絡模型，得到預測數據集，融合周期數據集與前置數據集，用以減少預測數據集與目標區域中地面站與地軌道衛星之間實際收發數據的數據集之間的誤差。本發明從所述多個低地球軌道衛星中依次提取低地球軌道衛星，并對所提取的低地球軌道衛星執行如下操作：獲取所提取的低地球軌道衛星與地面站之間的星地信道，并計算所提取的低地球軌道衛星與地面站之間的星站距離，基于所述預測數據集計算所提取的低地球軌道衛星對于地面站的可服務時間，根據星站距離及可服務時間計算星地信道的數據容量，利用所述數據容量、可服務時間及星站距離對星地信道執行標識操作，得到標識信道，計算出多個地面站中的每一個地面站與多個低地球軌道衛星中的每一個地軌道衛星之間的數據容量、可服務時間及星站距離。得到地面站對應的標識信道集，匯總標識信道集，得到多個地面站所對應的衛星信道集，基于衛星信道集構建目標區域的區域衛星網絡，并利用區域衛星網絡生成預分配策略，并通過標識信道構建的區域衛星網絡，能夠便于查看不同的標識信道之間的基礎信息。本發明匯總標識信道，且將同一內容的預測數據集在第一地面-衛星信道及第二地面-衛星信道中同步傳輸，從而保證在預設時段傳輸待傳輸數據集時的準確性及穩定性，避免單一標識信道傳輸出現數據缺失、數據中斷等不良現象。本發明計算預分配策略的可靠性數值，基于可靠性數值確認預分配策略為可靠分配策略后，根據可靠分配策略及區域衛星網絡生成可靠衛星網絡，基于可靠衛星網絡傳輸目標區域在預設時段的待傳輸數據集后，完成基于空間動態演化的衛星網絡自適應切換，為了提高多個低地球軌道衛星的利用率，本發明實施例設置可靠性閾值，可靠性閾值為認為預分配策略能夠近似認為區域衛星網絡完全保持暢通的概率。因此，本發明可實現接入不同的低地球軌道衛星后能夠快速切換，且自適應分配數據傳輸。