卫星网络的拥塞控制方法、装置及电子设备

本技术一个或多个实施例涉及通信，尤其涉及一种卫星网络的拥塞控制方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、随着无线光通信技术以及卫星组网技术的发展，卫星激光组网依靠保密性好、传输速率高、传输时延低等优点逐渐成为卫星通信网络的核心发展方向。

2、低地球轨道(low earth orbit，leo)卫星覆盖范围约为3％地球面积，绕地球一周约两小时。未来空间激光组网的低地球轨道卫星在轨数量将达到万颗以上。因此，低地球轨道卫星激光组网对地球的覆盖度非常高，是卫星通信网络中与地面进行通信的主要节点。然而相比于静止、可不断硬件升级的地面节点，低地球轨道卫星节点由于高速移动的特效，需要频繁进行路由切换改变拓扑结构，因此存在节点计算量大大提升、无法硬件升级、存储能力和计算能力受限等问题。在与业务流量较大的地面节点进行通信时，低地球轨道卫星节点的处理时延与排队时延会明显增加，进而造成拥塞。中地球轨道(middle earthorbit，meo)卫星覆盖面积广，通信链路稳定，存储和计算能力较强，却由于距离地球较远而无法直接与地面节点建立低延迟通信。依托中、低地球轨道轨卫星不同的特点以及星间激光链路在中短距离传播时延极低，链路容量高的特性，设计可行的中地球轨道卫星激光网络协作方法，选择合理的路由及流量疏导策略，可以提高卫星网络资源利用率，降低卫星网络拥塞。

3、出于以上目的，相关技术研发了多种基于卫星网络的延迟路由算法以及多层卫星网络接触方案，用于疏导卫星节点流量，减少卫星网络节点的拥塞发生率，优化多层卫星网络的资源分配。

4、然而，目前在meo-leo卫星激光组网的拥塞疏导方面，仍然存在缺少对拥塞区域的提前疏导、不同层卫星间协作效率低，网络资源利用率低等不足之处。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术一个或多个实施例的目的在于提出一种卫星网络的拥塞控制方法，以解决背景技术中的问题。

2、基于上述目的，本技术一个或多个实施例提供了卫星网络的拥塞控制方法，所述卫星网络包括低地球轨道卫星和中地球轨道卫星，任一所述低地球轨道卫星与一个所述中地球轨道卫星连接，所述中地球轨道卫星用于指示控制区域内的低地球轨道卫星的路由方向；

3、所述方法包括：

4、基于所述低地球轨道卫星上传的拥塞指数，确定所述中地球轨道卫星的控制区域内的拥塞区域和空闲区域；

5、将所述空闲区域的方向信息发送至所述拥塞区域的低地球轨道卫星，以使所述拥塞区域的低地球轨道卫星基于所述方向信息将数据转发至所述空闲区域的低地球轨道卫星。

6、可选地，基于所述低地球轨道卫星上传的拥塞指数，确定所述控制区域内的拥塞区域和空闲区域，包括：

7、基于所述低地球轨道卫星上传的拥塞指数，建立监测矩阵；

8、基于所述监测矩阵，确定每个低地球轨道卫星的拥塞值；

9、基于所述拥塞值，确定所述控制区域内的拥塞区域和空闲区域。

10、可选地，所述基于所述监测矩阵，确定每个低地球轨道卫星的拥塞值，包括：

11、基于所述监测矩阵，通过如下公式确定所述监测矩阵中每个元素的拥塞值；

12、t＝μ+kσ；

13、其中，μ表示所述元素的局部均值，为所述元素的相邻元素的平均值，k表示预设系数，σ表示所述元素的标准差，为所述元素的相邻元素的区域标准差；

14、基于所述低地球轨道卫星与元素的对应关系，确定每个低地球卫星轨道的拥塞值。

15、可选地，所述基于所述拥塞值，确定所述控制区域内的拥塞区域和空闲区域，包括：

16、响应于确定所述拥塞值大于预设最大拥塞值，确定该拥塞值对应的低地球轨道卫星处于拥塞区域；

17、响应于确定所述拥塞值小于预设最小拥塞值，确定该拥塞值对应的低地球轨道卫星处于空闲区域。

18、可选地，所述拥塞区域的低地球轨道卫星基于所述方向信息将数据转发至所述空闲区域的低地球轨道卫星，包括迭代执行如下操作，直到所述数据被转发至空闲区域的低地球轨道卫星：

19、计算所述数据当前低地球轨道卫星的拥塞指数；

20、响应于确定所述拥塞指数大于预设阈值，获取所述相邻低地球轨道卫星的方位信息；

21、基于所述相邻低地球轨道卫星的方位信息，通过如下公式确定相邻低地球轨道卫星的方位参数；

22、

23、其中，表示当前低地球轨道卫星指向下一低地球轨道卫星的方位信息，为所述空闲区域的方位信息；

24、将所述数据转发至方位参数最大的所述低地球轨道卫星。

25、可选地，还包括：

26、所述低地球轨道卫星响应于确定处理能力低于预设阈值，向所述中地球轨道卫星发送求助信号；所述处理能力通过公式traf_proc＝l×leo_congest+r×res_cap(c,b,nneighbor,nlocal)计算，l和r表示权重值，leo_congest表示拥塞指数，res_cap(c,b,nneighbor,nlocal)表示通信链路剩余容量，c表示接触时间，b表示所述低地球轨道卫星发送的束，nneighbor表示相邻低地球轨道卫星，nlocal表示本低地球轨道卫星；

27、所述中地球轨道卫星响应于所述求助信号，确定目标相邻中地球轨道卫星的最小拥塞指数及所述最小拥塞指数对应的目标中地球轨道卫星；所述目标相邻中地球轨道卫星可以建立与所述低地球轨道卫星的通信连接；

28、所述中地球轨道卫星响应于确定所述最小拥塞指数小于该中地球轨道卫星的拥塞指数，断开与所述低地球轨道卫星的通信连接并建立所述低地球轨道卫星与所述目标中地球轨道卫星的通信连接。

29、可选地，还包括：

30、所述中地球轨道卫星响应于确定所述最小拥塞指数大于或等于该中地球轨道卫星的拥塞指数，接收所述低地球轨道卫星的数据。

31、可选地，所述拥塞指数通过如下公式计算：

32、

33、其中，res_compnow表示卫星当前算力剩余，res_compmin表示卫星算力剩余的最小值，res_compmax表示卫星算力剩余的最大值，res_stornow表示卫星当前存储空间剩余，res_stormin表示卫星最小存储空间剩余，res_stormax表示卫星最大存储空间剩余，w1、w2表示权重，

34、基于同一发明构思，本技术一个或多个实施例还提供了一种卫星网络的拥塞控制装置，所述卫星网络包括低地球轨道卫星和中地球轨道卫星，任一所述低地球轨道卫星与一个所述中地球轨道卫星连接，所述中地球轨道卫星用于指示控制区域内的低地球轨道卫星的路由方向；

35、所述装置包括：

36、计算模块，被配置为基于所述低地球轨道卫星上传的拥塞指数，确定所述中地球轨道卫星的控制区域内的拥塞区域和空闲区域；

37、控制模块，被配置为将所述空闲区域的方向信息发送至所述拥塞区域的低地球轨道卫星，以使所述拥塞区域的低地球轨道卫星基于所述方向信息将数据转发至所述空闲区域的低地球轨道卫星。

38、基于同一发明构思，本技术一个或多个实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任意一项所述的卫星网络的拥塞控制方法。

39、从上面所述可以看出，本技术一个或多个实施例提供的卫星网络的拥塞控制方法，通过基于所述低地球轨道卫星上传的拥塞指数，确定所述中地球轨道卫星的控制区域内的拥塞区域和空闲区域；将所述空闲区域的方向信息发送至所述拥塞区域的低地球轨道卫星，以使所述拥塞区域的低地球轨道卫星基于所述方向信息将数据转发至所述空闲区域的低地球轨道卫星。

40、本技术一个或多个实施例提供的卫星网络的拥塞控制方法，结合低地球轨道卫星和中地球轨道卫星的不同特点，利用中地球轨道卫星覆盖范围大、计算能力强的特点，对覆盖范围内的低地球轨道卫星进行拥塞控制，对拥塞区域内的低地球轨道卫星优化路由路径，以减缓卫星网络的拥塞情况，提高卫星网络的通信效率。

41、本技术提供的一种卫星网络的拥塞控制装置、电子设备以及计算机可读存储介质均能够实现上述卫星网络的拥塞控制方法的步骤，因此同样具备上述卫星网络的拥塞控制方法的有益效果。