導(dǎo)航星座星間星地一體化數(shù)據(jù)交互技術(shù)研究

王琦，顧亞楠，汪勃

1.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 100094 2.北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094

星間鏈路是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航衛(wèi)星自主運(yùn)行和完好性監(jiān)測的重要途徑，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)趨向于采用基于星間鏈路支持的導(dǎo)航星座。GPS IIR/IIR-M衛(wèi)星、北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)均配置采用時(shí)分多址體制輪詢測量通信的星間鏈路，Galileo GNSS+項(xiàng)目也提出星間鏈路采用時(shí)分多址輪詢測距通信體制的設(shè)計(jì)方案[1-4]。

一種典型的星間鏈路實(shí)現(xiàn)方案是使用相控陣天線，通過指向切換實(shí)現(xiàn)空域復(fù)用，分時(shí)實(shí)現(xiàn)與多個(gè)目標(biāo)的測量通信[3,5]。在導(dǎo)航星座星間鏈路時(shí)分多址輪詢建鏈體制下，每顆衛(wèi)星采用時(shí)分復(fù)用的工作方式，以時(shí)隙為基本時(shí)間單元與其他衛(wèi)星分時(shí)聯(lián)通，全星座任意可視衛(wèi)星之間可分時(shí)建立多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的多條鏈路，完成數(shù)據(jù)傳輸。全星座數(shù)據(jù)通過境內(nèi)衛(wèi)星的星地鏈路實(shí)現(xiàn)與地面的交互；即通過境內(nèi)衛(wèi)星中轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)境外衛(wèi)星與境內(nèi)地面站間的前返向數(shù)據(jù)傳輸。

本文分析了全球?qū)Ш叫亲情g鏈路與傳統(tǒng)星地鏈路在數(shù)據(jù)交互機(jī)制上存在的矛盾，并提出星間星地一體化數(shù)據(jù)交互的解決方法。

1 導(dǎo)航星座星間鏈路與傳統(tǒng)星地鏈路數(shù)據(jù)交互機(jī)制的矛盾

傳統(tǒng)的星地鏈路數(shù)據(jù)交互機(jī)制具有持續(xù)固定聯(lián)通的特點(diǎn)，與時(shí)分多址輪詢建鏈體制的導(dǎo)航星座星間鏈路區(qū)別明顯。為高效地實(shí)現(xiàn)星間、星地聯(lián)合數(shù)據(jù)交互，要求地面系統(tǒng)調(diào)整數(shù)據(jù)分發(fā)及接入模式去適應(yīng)星間鏈路。

以前向數(shù)據(jù)注入為例，對(duì)同一目的衛(wèi)星的前向注入數(shù)據(jù)，具體要求地面系統(tǒng)按照時(shí)隙時(shí)間單元進(jìn)行數(shù)據(jù)拆分，并通過星地鏈路在衛(wèi)星各時(shí)隙數(shù)據(jù)發(fā)送前的固定時(shí)段內(nèi)，分別送達(dá)至境內(nèi)多個(gè)接入節(jié)點(diǎn)衛(wèi)星，才能按照星間鏈路拓?fù)渎酚梢?guī)劃的最優(yōu)路徑快速到達(dá)目的衛(wèi)星。具體數(shù)據(jù)交互過程參見圖1(a)。為此,地面系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)傳輸機(jī)制需經(jīng)過較為復(fù)雜的技術(shù)升級(jí)。

如果保持星地鏈路的數(shù)據(jù)交互機(jī)制不變，地面需通過聯(lián)通境內(nèi)衛(wèi)星對(duì)境外衛(wèi)星固定進(jìn)行一對(duì)一的前向數(shù)據(jù)注入，與星間鏈路多對(duì)多的最優(yōu)路徑拓?fù)渎酚梢?guī)劃將難以匹配，地面接入數(shù)據(jù)在星間網(wǎng)絡(luò)中滯留時(shí)間加長，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加重，星間鏈路數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量將受到較大影響。具體數(shù)據(jù)交互過程參見圖1(b)。

2 星間星地一體化數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)方案

為了解決導(dǎo)航星座時(shí)分輪詢建鏈體制星間鏈路與非時(shí)分固定建鏈體制傳統(tǒng)星地鏈路間的數(shù)據(jù)交互機(jī)制兼容性問題，采用與星間鏈路體制一致的星地鏈路，將星間鏈路范圍擴(kuò)展至地面，實(shí)現(xiàn)星地、星間鏈路數(shù)據(jù)分發(fā)處理機(jī)制的統(tǒng)一及星星地網(wǎng)絡(luò)的一體化管理和調(diào)度，從而支持導(dǎo)航星座星間網(wǎng)絡(luò)與地面數(shù)據(jù)的高效精準(zhǔn)交互。

2.1 地面節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)部署方法

在地面部署一定規(guī)模的地面節(jié)點(diǎn)站設(shè)備，測量通信體制與衛(wèi)星星間鏈路終端一致，相當(dāng)于將星間鏈路網(wǎng)絡(luò)范圍由空間節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展至地面，統(tǒng)一進(jìn)行星間、星地拓?fù)渎酚梢?guī)劃和數(shù)據(jù)調(diào)度。

星地鏈路采用與星間鏈路一致的時(shí)分體制輪詢建鏈方式，同一地面節(jié)點(diǎn)設(shè)備波束分時(shí)指向不同衛(wèi)星目標(biāo)；星地通道傳輸速率可設(shè)計(jì)為星間鏈路通道的2～4倍，以利于全星座數(shù)據(jù)的上注和收集。實(shí)施同等規(guī)模的導(dǎo)航星座用戶數(shù)據(jù)接入，采用該方法能夠有效減少星地鏈路類型和地面接入波束數(shù)量。例如，當(dāng)選用6個(gè)以上天線波束、部署在2個(gè)以上異地站點(diǎn)且同時(shí)可見9個(gè)以上MEO衛(wèi)星和6個(gè)GEO和IGSO衛(wèi)星的地面節(jié)點(diǎn)站時(shí)，經(jīng)15個(gè)以上的境內(nèi)衛(wèi)星的中轉(zhuǎn)，可充分支持其他境外衛(wèi)星與地面節(jié)點(diǎn)站間的數(shù)據(jù)交互。該地面節(jié)點(diǎn)設(shè)備規(guī)模在支持導(dǎo)航星座每顆衛(wèi)星前返向各10幀/時(shí)隙的星間數(shù)據(jù)注入及收集的基礎(chǔ)上，仍有通信余量，可有效實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)星-星-地整網(wǎng)數(shù)據(jù)交互。

圖1 導(dǎo)航星座傳統(tǒng)星地鏈路前向數(shù)據(jù)注入流程Fig.1 Forward data injection processes with the traditional satellite-earth fixed link of navigation constellation

地面節(jié)點(diǎn)站具體可采用以下方案：地面節(jié)點(diǎn)站遠(yuǎn)距離異地部署，確保多地對(duì)衛(wèi)星的聯(lián)合覆蓋能力；針對(duì)導(dǎo)航星座均勻分布的特點(diǎn)，設(shè)備可采用4個(gè)相控陣陣面組合的實(shí)現(xiàn)形式，1個(gè)地面節(jié)點(diǎn)站可同時(shí)與4顆衛(wèi)星建鏈、分時(shí)與全部可見衛(wèi)星建鏈測量通信。

2.2 星間、星地鏈路一體化資源調(diào)度方法

將星間鏈路網(wǎng)絡(luò)范圍由空間節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展至地面，由地面運(yùn)管中心進(jìn)行星間、星地一體化網(wǎng)絡(luò)管理和調(diào)度。衛(wèi)星、地面節(jié)點(diǎn)站均按照星間鏈路的時(shí)隙節(jié)拍、依據(jù)拓?fù)渎酚山y(tǒng)一規(guī)劃結(jié)果執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)星間、星地鏈路數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)送達(dá)；在衛(wèi)星或地面節(jié)點(diǎn)站進(jìn)行整網(wǎng)數(shù)據(jù)的接入、轉(zhuǎn)出，可實(shí)現(xiàn)高效統(tǒng)一的星間、星地一體化數(shù)傳。

地面各用戶的前向數(shù)據(jù)匯集于地面運(yùn)管中心，地面運(yùn)管中心根據(jù)用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康墓?jié)點(diǎn)，綜合傳輸時(shí)延及流量均衡等因素，優(yōu)選地面節(jié)點(diǎn)站，經(jīng)由地面節(jié)點(diǎn)站按時(shí)隙執(zhí)行組幀及發(fā)送，將數(shù)據(jù)經(jīng)星-星-地網(wǎng)絡(luò)分發(fā)送達(dá)至各衛(wèi)星，具體數(shù)據(jù)交互過程參見圖2；各衛(wèi)星返向數(shù)據(jù)經(jīng)過星間網(wǎng)絡(luò)由地面節(jié)點(diǎn)站落地，地面運(yùn)管中心收集后統(tǒng)一拼接處理并分發(fā)至各地面相關(guān)數(shù)據(jù)用戶。由于地面節(jié)點(diǎn)站設(shè)備采用與星間鏈路終端一致的通信體制，可便捷實(shí)現(xiàn)按星間通信協(xié)議執(zhí)行數(shù)據(jù)組幀及收發(fā)。以前向數(shù)據(jù)注入為例，可避免地面系統(tǒng)調(diào)整傳統(tǒng)星地持續(xù)固定聯(lián)通鏈路的星地?cái)?shù)據(jù)交互機(jī)制、按照時(shí)隙單元對(duì)每顆境外衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)塊拆分的復(fù)雜處理。

圖2 導(dǎo)航星座星間星地一體化網(wǎng)絡(luò)前向數(shù)據(jù)注入流程Fig.2 Forward data injection process of navigation constellation satellite-satellite-earth integrated network

采用6個(gè)以上天線波束、部署在2個(gè)以上異地站點(diǎn)且同時(shí)可見9個(gè)以上MEO衛(wèi)星和6個(gè)GEO和IGSO衛(wèi)星的地面節(jié)點(diǎn)站時(shí)，數(shù)據(jù)交互具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

1)數(shù)據(jù)交互方法。15顆境內(nèi)衛(wèi)星作為15顆境外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，境外衛(wèi)星的星間數(shù)據(jù)通過境內(nèi)衛(wèi)星中轉(zhuǎn)、再與地面節(jié)點(diǎn)站交互；境內(nèi)衛(wèi)星直接與地面節(jié)點(diǎn)站數(shù)據(jù)交互。

2)星間星地鏈路通信速率設(shè)置。衛(wèi)星間通信速率建議選用雙向40幀/時(shí)隙以上，境內(nèi)衛(wèi)星與地面節(jié)點(diǎn)站間通信速率選用星間速率的2倍。

3)境內(nèi)衛(wèi)星作為中樞節(jié)點(diǎn)，建鏈時(shí)隙分配方法。每顆境內(nèi)衛(wèi)星對(duì)境外衛(wèi)星與對(duì)地面節(jié)點(diǎn)站建鏈時(shí)隙的分配比例在1∶1至2∶1之間，同時(shí)也可分配全部時(shí)隙的1/4以內(nèi)，用于與境內(nèi)衛(wèi)星或系統(tǒng)外擴(kuò)展應(yīng)用用戶建鏈。其中，每顆境內(nèi)衛(wèi)星對(duì)可見的全部境外衛(wèi)星基本均勻分配建鏈時(shí)隙，與其持續(xù)可見衛(wèi)星優(yōu)先建鏈；對(duì)可見的地面節(jié)點(diǎn)站在可見時(shí)段相對(duì)穩(wěn)定建鏈。

在導(dǎo)航星間鏈路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面，國內(nèi)進(jìn)行星間鏈路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渎酚梢?guī)劃算法研究的單位較多[3,6-16]，具體算法對(duì)星間、星地鏈路一體化網(wǎng)絡(luò)同樣適用。本文不對(duì)具體算法及其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行比較和研究，主要明確星-星-地一體化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的核心方法，制定規(guī)劃策略和原則，為算法研究提供指導(dǎo)。

3 星-星-地一體化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃方法

時(shí)分輪詢建鏈模式的星-星-地一體化網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點(diǎn)每個(gè)時(shí)隙的建鏈目標(biāo)具有唯一性和排他性。星-星-地一體化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃以對(duì)境內(nèi)衛(wèi)星的分類建鏈和時(shí)隙分配為核心，境內(nèi)衛(wèi)星建鏈時(shí)隙應(yīng)合理均勻地分配給境外衛(wèi)星和地面節(jié)點(diǎn)站，并逐個(gè)時(shí)隙進(jìn)行拓?fù)湟?guī)劃計(jì)算。

以境內(nèi)衛(wèi)星的全部建鏈時(shí)隙用于與境外衛(wèi)星和地面節(jié)點(diǎn)站建鏈為例說明拓?fù)湟?guī)劃方法。將全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)劃分為3組：境內(nèi)衛(wèi)星、境外衛(wèi)星、地面節(jié)點(diǎn)站(按天線編號(hào))，分別定義為集合序列LA、集合序列L0、集合序列L1。定義An為節(jié)點(diǎn)A在第n(n=1,2,3,…,N，N為規(guī)劃時(shí)段內(nèi)時(shí)隙總量)時(shí)隙的建鏈目標(biāo)，即該時(shí)隙下節(jié)點(diǎn)A與An建立星間鏈路。根據(jù)拓?fù)浞峙洳呗?，A屬于LA，An屬于L0或L1。下文以境內(nèi)衛(wèi)星對(duì)境外衛(wèi)星和地面節(jié)點(diǎn)站的時(shí)隙分配比例為1∶1為例，明確具體拓?fù)湟?guī)劃方法和策略。

時(shí)隙n為奇數(shù)時(shí)，規(guī)劃境內(nèi)衛(wèi)星A與境外衛(wèi)星An建鏈，將拓?fù)浣ㄦ渾栴}轉(zhuǎn)化為對(duì)所有境外衛(wèi)星進(jìn)行優(yōu)化排序從而尋找最優(yōu)An的計(jì)算。優(yōu)化排序的策略如下：

第1優(yōu)先級(jí)：為保證拓?fù)浣ㄦ湹暮侠硇?，?jì)算L0中對(duì)于境內(nèi)衛(wèi)星A幾何關(guān)系可見并且在第n時(shí)隙前尚未建鏈的境外衛(wèi)星，將可見尚未建鏈的節(jié)點(diǎn)設(shè)為優(yōu)先，作為排序第1優(yōu)先級(jí)。

第2優(yōu)先級(jí)：為保證拓?fù)浣ㄦ湹膬?yōu)化性，計(jì)算L0中對(duì)于境內(nèi)衛(wèi)星A持續(xù)可見的境外衛(wèi)星，將持續(xù)可見的節(jié)點(diǎn)設(shè)為優(yōu)先，作為排序第2優(yōu)先級(jí)。

第3優(yōu)先級(jí)：為保證拓?fù)浣ㄦ湹木鶆蛐?，?jì)算在1～n-1時(shí)隙L0中各境外衛(wèi)星與境內(nèi)衛(wèi)星A建鏈的時(shí)隙數(shù)量，將建鏈時(shí)隙數(shù)量小的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先，作為排序第3優(yōu)先級(jí)。

基于以上3重優(yōu)先級(jí)對(duì)L0重新排序得到境外衛(wèi)星排序集合L0An，將L0An中排在第一位的境外衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)選為An。

按以上方法對(duì)境內(nèi)衛(wèi)星集合序列LA的各個(gè)節(jié)點(diǎn)元素逐一規(guī)劃，完成第n時(shí)隙所有境內(nèi)衛(wèi)星與境外衛(wèi)星的拓?fù)浣ㄦ溡?guī)劃。

時(shí)隙n為偶數(shù)時(shí)，規(guī)劃境內(nèi)衛(wèi)星A與地面節(jié)點(diǎn)站An建鏈，將拓?fù)浣ㄦ渾栴}轉(zhuǎn)化為對(duì)所有地面節(jié)點(diǎn)站進(jìn)行優(yōu)化排序從而尋找最優(yōu)An的計(jì)算。優(yōu)化排序的策略如下：

第1優(yōu)先級(jí)：為保證拓?fù)浣ㄦ湹暮侠硇?，?jì)算L1中對(duì)于境內(nèi)衛(wèi)星A幾何關(guān)系可見并且在n時(shí)隙前尚未建鏈的地面節(jié)點(diǎn)站節(jié)點(diǎn)，將可見尚未建鏈的節(jié)點(diǎn)設(shè)為優(yōu)先，作為排序第1優(yōu)先級(jí)。

第2優(yōu)先級(jí)：為保證拓?fù)浣ㄦ湹木鶆蛐?，?jì)算在1～n-1時(shí)隙L1中各地面節(jié)點(diǎn)站與境內(nèi)衛(wèi)星建鏈時(shí)隙數(shù)量/各地面節(jié)點(diǎn)站可見境內(nèi)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)數(shù)量，將建鏈時(shí)隙數(shù)量小的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先，作為排序第2優(yōu)先級(jí)。

第3優(yōu)先級(jí)：為保證拓?fù)浣ㄦ湹膬?yōu)化性，計(jì)算L1中各地面節(jié)點(diǎn)站最近一次與境內(nèi)衛(wèi)星建鏈時(shí)隙與n時(shí)隙的間隔，將時(shí)隙間隔最大的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先，作為排序第3優(yōu)先級(jí)。

基于以上3重優(yōu)先級(jí)對(duì)L1重新排序得到地面節(jié)點(diǎn)站排序集合L1An，將L1An中排在第一位的地面節(jié)點(diǎn)站節(jié)點(diǎn)選為An。

按以上方法對(duì)境內(nèi)衛(wèi)星集合序列LA的各個(gè)節(jié)點(diǎn)元素逐一規(guī)劃，完成第n時(shí)隙所有境內(nèi)衛(wèi)星與地面節(jié)點(diǎn)站節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣ㄦ溡?guī)劃。

時(shí)隙n=1,2,3,…,N，按以上方法逐個(gè)時(shí)隙對(duì)所有境內(nèi)衛(wèi)星進(jìn)行規(guī)劃，輸出整網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)果。

4 星-星-地一體化網(wǎng)絡(luò)路由規(guī)劃方法

星間鏈路網(wǎng)絡(luò)范圍由空間擴(kuò)展至地面，將地面節(jié)點(diǎn)站和衛(wèi)星作為網(wǎng)絡(luò)中的同類節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由規(guī)劃計(jì)算。采用時(shí)分空分通信體制的導(dǎo)航星間鏈路網(wǎng)絡(luò)，任意時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)中同組節(jié)點(diǎn)(每組兩個(gè)節(jié)點(diǎn))相互聯(lián)通，組間節(jié)點(diǎn)不聯(lián)通。為解決網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交互問題，需要利用時(shí)隙的累積實(shí)現(xiàn)組間節(jié)點(diǎn)的聯(lián)通，完成數(shù)據(jù)路由。

路由規(guī)劃首先選定源節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)刻以及目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，分別記為A、時(shí)隙n以及Z。從數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)刻的源節(jié)點(diǎn)出發(fā)，基于拓?fù)湟?guī)劃結(jié)果按照時(shí)間前向搜索，記錄搜索過程節(jié)點(diǎn)，直至找到最快到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的傳輸路徑，該路徑定義為路由傳輸?shù)淖疃搪窂健?/p>

An為節(jié)點(diǎn)A在第n時(shí)隙的建鏈目標(biāo)，該時(shí)隙下A與An建立星間鏈路。求解源節(jié)點(diǎn)A在時(shí)隙n發(fā)送的數(shù)據(jù)到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Z的路由路徑具體方法如下：

1)首先搜索時(shí)隙n的全部可達(dá)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)前可達(dá)節(jié)點(diǎn)僅為直接建鏈目標(biāo)An。若An=Z則該路徑即為結(jié)果；否則加入節(jié)點(diǎn)An繼續(xù)前向搜索n+1時(shí)隙。

2)時(shí)隙n+1的可達(dá)節(jié)點(diǎn)包括An+1和(An)n+1，(An)n+1為An在第n+1時(shí)隙的建鏈目標(biāo)，判斷可達(dá)節(jié)點(diǎn)是否包含目的節(jié)點(diǎn)Z。若包含則完成求解；否則加入節(jié)點(diǎn)An+1和(An)n+1繼續(xù)前向搜索n+2時(shí)隙。

3)依此類推，不斷加入新的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)搜索范圍，直至搜索到目的節(jié)點(diǎn)Z，完成求解，輸出最短路徑路由結(jié)果。

5 星間星地鏈路一體化通信性能分析

利用與星間鏈路體制一致的星地鏈路進(jìn)行導(dǎo)航星座星間、星地整網(wǎng)數(shù)據(jù)交互，面向自主導(dǎo)航、遙控、遙測、短報(bào)文通信等業(yè)務(wù)提供數(shù)傳服務(wù)。構(gòu)建星間、星地一體化網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)運(yùn)行仿真系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渎酚梢?guī)劃參數(shù)驅(qū)動(dòng)、業(yè)務(wù)發(fā)生模型的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接入，在網(wǎng)絡(luò)行為模型中進(jìn)行完整運(yùn)行周期內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸和處理的加速仿真。通過計(jì)算并統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，比對(duì)服務(wù)指標(biāo)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)服務(wù)性能的自動(dòng)化評(píng)估。

設(shè)置導(dǎo)航星座的典型運(yùn)行場景，對(duì)由24顆MEO、3顆IGSO和3顆GEO組成的衛(wèi)星星座，選用部署于喀什、三亞的4波束地面節(jié)點(diǎn)站進(jìn)行星地?cái)?shù)據(jù)交互；境內(nèi)衛(wèi)星的建鏈時(shí)隙分配比例采用境外衛(wèi)星:地面節(jié)點(diǎn)站=1∶1。

基于此場景配置條件和拓?fù)浞峙洳呗?，星間鏈路業(yè)務(wù)服務(wù)性能的仿真結(jié)果為：按系統(tǒng)現(xiàn)有用戶數(shù)傳需求，前返向數(shù)據(jù)送達(dá)的平均時(shí)延約為2.6時(shí)隙，衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)緩存占用量為45幀，星間傳輸帶寬占用率為18.6%；前返向數(shù)據(jù)量未超出網(wǎng)絡(luò)通信容量時(shí)，數(shù)據(jù)可按最優(yōu)路徑快速到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

以前向數(shù)據(jù)注入為例，如圖3所示，與使用持續(xù)固定聯(lián)通星地鏈路的傳統(tǒng)星地固定節(jié)點(diǎn)注入方式和傳統(tǒng)星地最優(yōu)路徑注入方式相比，星間星地一體化最優(yōu)路徑注入方式的通信性能仿真結(jié)果顯示以下特性：

1)提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸容量。由于星間星地一體化最優(yōu)路徑注入方式的星地通信速率顯著增加，整網(wǎng)通信容量可達(dá)24幀/時(shí)隙(以平均傳輸時(shí)延未超過8時(shí)隙的用戶數(shù)據(jù)接入量作為通信容量)，與傳統(tǒng)星地固定節(jié)點(diǎn)注入方式相比，整網(wǎng)通信容量提升1倍以上；與傳統(tǒng)星地最優(yōu)路徑注入相比，整網(wǎng)通信容量提升約71%。

圖3 導(dǎo)航星座網(wǎng)絡(luò)前向數(shù)據(jù)注入通信仿真性能比對(duì)Fig.3 Performance simulation of forward data access on navigation constellation network

2)縮短網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。相比于傳統(tǒng)星地固定節(jié)點(diǎn)注入方式，按現(xiàn)有用戶需求，傳輸時(shí)延減少約1.6時(shí)隙，在傳統(tǒng)固定節(jié)點(diǎn)接入方式的接入數(shù)據(jù)量上限時(shí)，一體化方式的傳輸時(shí)延減少約2.4時(shí)隙；與傳統(tǒng)星地最優(yōu)路徑注入相比，當(dāng)數(shù)據(jù)接入量未超出星間鏈路通信容量時(shí)，兩種方式都可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)最優(yōu)路徑快速到達(dá)，傳輸時(shí)延基本相當(dāng)，當(dāng)數(shù)據(jù)接入量大幅提升后，星間星地一體化最優(yōu)路徑注入方式的傳輸時(shí)延相對(duì)穩(wěn)定。

6 結(jié)束語

在時(shí)分多址輪詢建鏈體制的全球?qū)Ш叫亲?，通過利用與星間鏈路信號(hào)體制一致的星地鏈路，將星間鏈路范圍擴(kuò)展至地面，星地、星間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)處理一體化，解決了以導(dǎo)航星座時(shí)分體制星間鏈路與非時(shí)分體制常用星地鏈路的數(shù)據(jù)調(diào)度機(jī)制兼容性問題，以較少的星地鏈路資源較低的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度管理代價(jià)，即可實(shí)現(xiàn)星-星-地網(wǎng)絡(luò)良好的通信容量和傳輸時(shí)延性能良好。將星間鏈路節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展至地面、實(shí)現(xiàn)星星地一體化網(wǎng)絡(luò)的思想，可在其他天基網(wǎng)絡(luò)中推廣。