面向時間同步業(yè)務(wù)的空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D模型

蔚保國 鮑亞川 魏海濤

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面向時間同步業(yè)務(wù)的空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D模型

蔚保國 鮑亞川*魏海濤

(衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與裝備技術(shù)國家重點實驗室 石家莊 050081)(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所 石家莊 050081)

空間信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展呈現(xiàn)出節(jié)點異構(gòu)和功能多樣化趨勢，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的時間同步是實現(xiàn)協(xié)同任務(wù)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。論文對空間信息網(wǎng)絡(luò)的時間同步業(yè)務(wù)特性進(jìn)行了分析，并提出基于多跳中繼的時間同步誤差模型。針對非實時時間同步業(yè)務(wù)特點，提出了鐘差相對不變性概念，并基于此提出了面向時間同步業(yè)務(wù)的空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D模型。不同于面向通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?，該模型的建立以?jié)點時鐘性能和時間比對鏈路性能為約束條件，反映了時間同步業(yè)務(wù)的特性和需求。針對該模型進(jìn)行了空間信息網(wǎng)絡(luò)時間同步仿真實驗，實驗結(jié)果表明基于該模型進(jìn)行多跳中繼時間同步，可以減少時間同步過程的路由篩選及建鏈次數(shù)，降低時間同步業(yè)務(wù)的鏈路資源消耗，同時可以達(dá)到更高的時間同步精度。

空間信息網(wǎng)絡(luò)；時間同步；鐘差相對不變性；拓?fù)渚酆蠄D

1 引言

空間信息網(wǎng)絡(luò)是以地球同步衛(wèi)星(GEO和IGSO)、中軌道衛(wèi)星(MEO)、低軌道衛(wèi)星(LEO)、平流層氣球和有人或無人駕駛飛機(jī)等空間平臺為載體，實時獲取、傳輸和處理空間信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。最初的空間信息網(wǎng)絡(luò)是基于星間鏈路由空間平臺作為節(jié)點所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，主要面向解決空間平臺的信息傳輸問題，服務(wù)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)，最典型代表是1998年部署的銥星系統(tǒng)。隨著星間/星地鏈路技術(shù)的逐漸成熟，多類非衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括GPS、北斗、GRACE、“白云”系列監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)等也采用星間鏈路技術(shù)實現(xiàn)了節(jié)點間信息的互傳以及高精度測量，執(zhí)行自主導(dǎo)航、空間物理實驗以及多星協(xié)同目標(biāo)監(jiān)視等功能。

面向未來的空間信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，美國于2004年提出了TSAT計劃[2,3]，計劃在太空建立類似地面的Internet網(wǎng)絡(luò)，把太空、空中、陸地、海洋的網(wǎng)絡(luò)整合為一體化；歐洲提出了全球通信一體化空間架構(gòu)(ISICOM)，計劃基于微波和激光鏈路構(gòu)建大容量空間信息網(wǎng)絡(luò)，將包括通信衛(wèi)星、伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)、對地觀測衛(wèi)星星座、高空平臺、無人機(jī)以及地面網(wǎng)絡(luò)融為一體[4]。我國也在謀劃開展天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計論證[5,6]。

未來空間信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展呈現(xiàn)出節(jié)點數(shù)量劇增、節(jié)點類型異構(gòu)以及功能業(yè)務(wù)多樣化的趨勢，而節(jié)點間的功能協(xié)同將成為空間信息網(wǎng)絡(luò)重要的應(yīng)用模式。時間同步，作為網(wǎng)絡(luò)運行以及節(jié)點協(xié)同的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)空間信息網(wǎng)絡(luò)大時空跨度網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，動態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的高速信息傳輸，稀疏觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)反演與高時效應(yīng)用等技術(shù)的重要保障，在未來的空間信息網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中具有關(guān)鍵作用。

目前針對空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ偷难芯恐饕嫦蛲ㄐ艠I(yè)務(wù)，為了表征空間信息網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)拓?fù)涮卣?，空間信息網(wǎng)絡(luò)時變圖模型被提出[7]，在此基礎(chǔ)上又有學(xué)者提出了擴(kuò)展時變圖等模型，針對空間信息網(wǎng)絡(luò)空間連接、傳輸和計算等多維能力評估方法進(jìn)行了探索[8]。在網(wǎng)絡(luò)模型研究的基礎(chǔ)上針對空間信息網(wǎng)絡(luò)的信息容量理論[9]、資源管理方法[10,11]和最大流路由算法[12]等研究成果不斷涌現(xiàn)。這些研究絕大多數(shù)都面向通信業(yè)務(wù)，以實現(xiàn)通信容量與服務(wù)質(zhì)量最優(yōu)化為目標(biāo)，但是對于空間信息網(wǎng)絡(luò)時間同步，這些模型沒用反映時間同步業(yè)務(wù)的本質(zhì)特點和需求，難以滿足時間同步業(yè)務(wù)性能最優(yōu)化的需求。

本文面向空間信息網(wǎng)絡(luò)時間同步需求，基于對空間信息網(wǎng)絡(luò)時間同步業(yè)務(wù)特性的分析，提出了空間信息網(wǎng)絡(luò)的鐘差相對不變性以及時間比對誤差模型，在此基礎(chǔ)上提出了基于鐘差相對不變性的空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D模型，并進(jìn)行了空間信息網(wǎng)絡(luò)建模仿真與時間比對實驗，實驗表明基于該模型進(jìn)行空間信息網(wǎng)絡(luò)時間同步可以以更少的比對建鏈次數(shù)獲得更優(yōu)的時間同步性能。

2 空間信息網(wǎng)絡(luò)時間同步誤差模型

目前的GPS和北斗系統(tǒng)均基于星間鏈路建立了星間測量通信網(wǎng)絡(luò)，采用雙向時間同步體制實現(xiàn)星地和星間的時間同步，當(dāng)進(jìn)行時間同步的兩節(jié)點的時間信號傳播路徑及設(shè)備處理時延絕對對稱時，理論上可以消除所有系統(tǒng)誤差，因此雙向時間同步是目前精度最高的時間同步技術(shù)之一，時間同步精度最高可達(dá)亞納秒級，是未來空間信息網(wǎng)絡(luò)時間同步的主要技術(shù)體制之一，本文將以此作為研究對象。

空間信息網(wǎng)絡(luò)條件下的節(jié)點數(shù)量龐大且分布廣泛，可視節(jié)點間可以通過單一雙向鏈路直接實現(xiàn)時間同步，但是大量節(jié)點間不具備可視條件或者比對鏈路作用距離有限，這類節(jié)點間的時間同步將需要依賴于一個或者多個節(jié)點作為中繼實現(xiàn)彼此間的雙向時間同步。根據(jù)中繼節(jié)點類型的不同，可以分為透明轉(zhuǎn)發(fā)雙向時間同步，以及中繼比對多跳雙向時間同步兩種類型。

透明轉(zhuǎn)發(fā)中繼時間同步過程中，中繼節(jié)點不進(jìn)行時間比對的處理，只進(jìn)行時間同步信號的轉(zhuǎn)發(fā)，一般中繼節(jié)點只有一個，目前廣泛應(yīng)用的地面站間雙向時間同步就是這一類型的典型代表，如圖1(a)所示。由中繼節(jié)點引入的誤差主要是轉(zhuǎn)發(fā)時延不等誤差。其誤差模型為

圖1 空間信息網(wǎng)絡(luò)條件下的中繼雙向時間同步

對于中繼比對多跳雙向時間同步，中繼節(jié)點不進(jìn)行時間同步信號的轉(zhuǎn)發(fā)，而是作為時間同步過程的直接參與者，進(jìn)行鐘差的處理與解算。這種模式下，/鐘差等于整個鏈路所包含+1次雙向時間比對鐘差之和。

時間同步誤差也就等于每條中繼鏈路的時間同步誤差為各種影響誤差的累積。發(fā)起的時間同步兩節(jié)點的時間同步誤差等于整條比對鏈路中各單鏈路的時間比對誤差的累積，此外還會受到比對過程中各中繼節(jié)點原子鐘的鐘差漂移影響。

歸納來說，基于中繼節(jié)點的雙向時間比對性能會受到各中繼鏈路比對精度的影響，同時也會受到中繼節(jié)點時頻性能的影響。若中繼節(jié)點原子鐘穩(wěn)定性能很差，在短時間內(nèi)就會發(fā)生較為明顯的時鐘偏差，由此將導(dǎo)致比對結(jié)果的不準(zhǔn)確。

3 空間信息網(wǎng)絡(luò)時間同步業(yè)務(wù)特性分析

空間信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間時間同步業(yè)務(wù)，根據(jù)其應(yīng)用時效性可以分為實時性和非實時性兩類。

實時性業(yè)務(wù)主要面向一些不具有較好守時能力的節(jié)點，要保持時間同步需要提高時間同步的頻度，強(qiáng)調(diào)鐘差信息的實時獲??；非實時業(yè)務(wù)，一種是裝備高穩(wěn)定原子鐘的節(jié)點間時間同步，同步過程允許較長時延的存在，典型代表是歐空局空間原子鐘計劃(ACES)中類似于空間搬鐘法的非共視時間同 步[13]；另一種是面向事后數(shù)據(jù)處理的時間同步信息業(yè)務(wù)，時間比對信息不應(yīng)用于節(jié)點間時間同步，而用于觀測數(shù)據(jù)后期融合處理、事后精密鐘差產(chǎn)品生成、精密軌道外推等?？傮w而言，空間原子鐘技術(shù)的進(jìn)步使非實時的時間同步業(yè)務(wù)在空間信息網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用更為廣泛。

對于非實時的時間同步業(yè)務(wù)，高精度測量是其根本目標(biāo)，少量的較高精度測量相比于多次較低精度的測量平均對于提高整體測量精度更有意義，結(jié)合其比對過程的間歇性和延遲性特點，因此在時間比對鏈路的選擇上，可以在時間和空間尺度上進(jìn)行綜合考慮。

3.1 鐘差相對不變性

如式(2)所示，對基于多點中繼的時間同步，中繼節(jié)點具有較好的頻率準(zhǔn)確度，其在一定時間間隔內(nèi)鐘差的變化相對于時間比對測量精度而言是可以忽略的話，可以認(rèn)為是該中繼節(jié)點的鐘差相對不變。

不同頻率準(zhǔn)確度和比對測量精度條件下的鐘差相對不變時間如表1所示。

50025050 50002500500 50000250005000

3.2 等效鐘差相對不變性

高準(zhǔn)確度的原子鐘可以具有很長的鐘差相對不變時間，但是空間信息網(wǎng)絡(luò)中大量的節(jié)點往往只能裝備性能有限的原子鐘，因此其鐘差相對不變時間有限。從另一個角度來說，如果能夠?qū)?jié)點原子鐘的鐘差在一段時間內(nèi)進(jìn)行精確預(yù)報，在該時段內(nèi)，以該節(jié)點作為中繼節(jié)點進(jìn)行雙向時間同步，基于精確鐘差預(yù)報對時間比對結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，理論上也可以消除中繼過程時延所帶來的誤差。

鐘差預(yù)報與原子鐘準(zhǔn)確度、星座建模方法以及預(yù)報算法等有關(guān)?？臻g原子鐘的精密鐘差建模與預(yù)報技術(shù)目前主要應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域，可以分為短期預(yù)報和長期預(yù)報兩類。短期預(yù)報主要面向高精度定位應(yīng)用，長期預(yù)報主要面向現(xiàn)代化衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的自主導(dǎo)航需求。常用的鐘差預(yù)報模型主要有多項式模型、周期項模型、灰色模型以及ARIMA模型等[14]。相關(guān)研究表明針對導(dǎo)航衛(wèi)星的精密鐘差預(yù)報精度可以達(dá)到2小時內(nèi)誤差約為0.1~0.2 ns[14,15]。

基于上述分析可將精確鐘差預(yù)報時間定義為等效鐘差相對不變時間，

4 基于鐘差相對不變性的空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D

4.1 空間信息網(wǎng)絡(luò)時變拓?fù)?/h3>

由于衛(wèi)星的運動特性，空間信息網(wǎng)絡(luò)具有時變性特征，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟簿途哂辛说湫偷臅r變特征以及斷續(xù)連通特征。在不同時段，空間信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連通情況不斷改變，在每一個時段的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，被稱為快照圖，快照圖變化具有周期性。

拓?fù)淇煺請D也可以用拓?fù)渚仃囘M(jìn)行表示。矩陣元素定義如下：

以圖2中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇槔?，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)共用7個節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇杀硎緸?×7拓?fù)渚仃?。不同時段節(jié)點連通性不同，將獲得不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃嚒r段1的拓?fù)渚仃嚍?/p>

4.2 基于鐘差相對不變性的空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D

基于時間比對節(jié)點的鐘差相對不變性，提出了空間信息網(wǎng)絡(luò)時間比對拓?fù)渚酆蠄D模型。該模型基本思想是將鐘差相對不變時間間隔內(nèi)的空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r變圖進(jìn)行聚合，形成拓?fù)渚酆蠄D。基本原理如圖3所示。

圖2 空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r變圖

圖3 基于鐘差相對不變性的空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D

空間信息網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的時間同步基本要素由時間比對節(jié)點和比對鏈路構(gòu)成。比對節(jié)點根據(jù)時間過程中的功能可以劃分為端節(jié)點和中繼節(jié)點。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂袝r間起點差異性，在不同的起始時刻發(fā)起時間比對，會形成不同的拓?fù)渚酆蠄D。拓?fù)渚酆蠄D變化周期只與中繼節(jié)點壽命有關(guān)，與端節(jié)點壽命無關(guān)。

基于鐘差相對不變性的拓?fù)渚酆蠄D網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行空間信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間時間比對鏈路規(guī)劃，相比基于聚合前的空間網(wǎng)絡(luò)時變圖模型可以帶來以下的優(yōu)勢：反映了時間比對網(wǎng)絡(luò)的特點，基于非實時時間同步業(yè)務(wù)特點實現(xiàn)了對不同時段拓?fù)涞倪B通，可以獲得更優(yōu)的多點中繼時間比對性能；減少網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的數(shù)量，減少拓?fù)渌阉鞔螖?shù)。

4.3 基于拓?fù)渚酆蠄D的多跳時間同步方法

基于所提出的時間比對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D模型以及多跳時間同步誤差模型，算法主要解決中繼多跳時間同步方法中中繼節(jié)點的優(yōu)化選擇問題，算法主要包括以下3個步驟。

(1)空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D生成：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)中繼節(jié)點的原子鐘性能或鐘差預(yù)報水平確定各節(jié)點鐘差不變時間，確定拓?fù)渚酆蠄D更新周期，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇煺請D疊加得到基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D。

(2)比對鏈路代價定義：以各中繼節(jié)點間的比對鏈路時間同步測量精度作為鏈路選擇的主要約束條件，各條比對鏈路的時間同步精度通過長期觀測得到，以此作為鏈路選擇的代價。

(3)比對鏈路優(yōu)選：基于代價最小原則進(jìn)行比對鏈路優(yōu)選，每個拓?fù)渚酆蠄D周期進(jìn)行一次鏈路優(yōu)選?？蛇x用Dijkstra或者Floyd代價最小算法進(jìn)行鏈路的選取。

4.4 模型性能分析

式中，假設(shè)該時段包含條比對路徑。

設(shè)拓?fù)渚酆现芷诎瑐€時段。在該周期內(nèi)基于時變圖模型得到時間同步誤差均方根為

基于拓?fù)渚酆夏Ｐ退@得的時間同步誤差上限與基于時變圖模型的時間同步誤差下限一致，因此基于拓?fù)渚酆峡梢允沟枚嗵欣^時間同步獲得更好的時間同步精度。

5 基于拓?fù)渚酆蠄D的空間信息網(wǎng)絡(luò)時間同步仿真實驗

5.1 空間信息網(wǎng)絡(luò)建模

基于STK進(jìn)行空間信息網(wǎng)絡(luò)建模，該網(wǎng)絡(luò)包含一個地面站，一顆LEO衛(wèi)星，2顆GEO衛(wèi)星，以及3 顆MEO衛(wèi)星。如圖4所示。地面站選取為北京，LEO衛(wèi)星采用天宮2號軌道數(shù)據(jù)，兩顆GEO衛(wèi)星分別位于東經(jīng)80°和東經(jīng)140°, 3顆MEO衛(wèi)星為同軌道面Walker星座，軌道高度為27906.1 km。衛(wèi)星間均可以建立雙向時間比對鏈路進(jìn)行時間同步。

圖4 空間信息網(wǎng)絡(luò)軌道星座圖

表2各節(jié)點原子鐘參數(shù)

原子鐘秒穩(wěn)鐘差預(yù)報時間鐘差不變時間(最低1 ns比對測量精度，w 取為0.1) 地面站- 天宮2- MEO12 h內(nèi)0.1 ns2 h MEO22 h內(nèi)0.1 ns2 h MEO32 h內(nèi)0.1 ns2 h GEO12 h內(nèi)0.1 ns2 h GEO22 h內(nèi)0.1 ns2 h

5.2 時間同步實驗

取2016年12月5日至2016年12月6日24小時運行時段進(jìn)行觀測實驗，以MEO3與地面站的時間比對過程進(jìn)行實驗。該時間段內(nèi)地面站及MEO3與其他各節(jié)點的鏈路連通性如圖5所示。時變圖快照頻度為30 min。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D周期為2 h，截取21:00~23:00時段進(jìn)行分析。

該時段內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)時變拓?fù)渚仃嚾缦拢仃囋仨樞虬凑盏孛嬲?、天宮二號、MEO1, MEO2, MEO3, GEO1和GEO2的順序排列。

圖5 時間同步可視鏈路變化

基于鐘差不變時間的拓?fù)渚酆蠄D矩陣為

對各節(jié)點間鏈路時間同步精度進(jìn)行統(tǒng)計分析，以時間同步精度作為鏈路代價得到時間比對代價矩陣，此處實驗鏈路比對精度為隨機(jī)定義。

表3不同時段的比對路徑選擇與觀測誤差

路徑選擇時間同步精度(ns) 時段1MEO3→GEO1→地面站0.98 時段2MEO3→GEO1→地面站0.98 時段3MEO3→天宮2→地面站0.50 時段4MEO3→GEO2→地面站0.92 均方值-0.87

對24小時內(nèi)的時間同步精度變化進(jìn)行實驗，結(jié)果如圖6所示。仿真分別基于固定可視鏈路、時變圖模型以及拓?fù)渚酆蠄D模型進(jìn)行實驗，其中固定路由為MEO3與北京站不可見時依靠始終可見的另外兩顆MEO星交替作為中繼?？梢钥吹剑潭ㄦ溌穯渭円揽靠梢曅赃M(jìn)行路徑選擇，所實現(xiàn)的多跳時間同步精度較差；當(dāng)比對節(jié)點直接可視或者網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溟L時間保持不變時，采用拓?fù)渚酆蠄D模型與時變圖模型效果一致，當(dāng)拓?fù)渥兓^快時，即該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的LEO星周期性與地面站間歇性可視情況下，基于時變圖模型會進(jìn)行頻繁的路由切換，而拓?fù)渚酆蠄D模型可以始終最優(yōu)路徑進(jìn)行時間同步。統(tǒng)計24小時數(shù)據(jù)，基于可視性固定鏈路的時間比對平均精度為0.9792 ns，采用時變圖模型的時間比對平均精度為0.7768 ns，采用拓?fù)渚酆蠄D模型的時間同步精度提高為0.6359 ns。

改變時變圖快照頻度進(jìn)行實驗，對時變圖模型以快照頻度為間隔進(jìn)行時間同步，統(tǒng)計24 h內(nèi)時間同步誤差均方根，實驗結(jié)果如圖7所示。對于基于時變圖模型的時間同步，測量頻度的提高并不能夠使時間同步精度得到提高，主要原因就在于時變圖割裂了節(jié)點在時間域上的連通關(guān)系，難以得到最優(yōu)的時間同步路徑?；谕?fù)渚酆蠄D模型的時間同步，其測量精度與拓?fù)鋾r變圖的快照頻度有關(guān)，更高頻度的快照圖聚合能夠更逼真的反映節(jié)點在時間域上的連通關(guān)系，獲得最優(yōu)的路徑選擇。

對該構(gòu)建的空間網(wǎng)絡(luò)模型，統(tǒng)計24 h內(nèi)所有空間節(jié)點與北京地面站節(jié)點進(jìn)行時間比對精度的平均值?？煺疹l度選取為15 min，采用時變圖模型時，時間同步精度平均值為0.75 ns；采用基于拓?fù)渚酆蠄D模型時的時間同步精度為0.59 ns。

仿真實驗驗證了基于鐘差不變性拓?fù)渚酆蠄D模型的有效性，基于該模型進(jìn)行多跳中繼時間同步，減少了時間比對路徑選擇次數(shù)，降低了時間比對次數(shù)，同時獲得了更優(yōu)的時間比對精度。

6 結(jié)論

本文以空間信息網(wǎng)絡(luò)的時間同步業(yè)務(wù)為研究對象，針對誤差模型和業(yè)務(wù)特點進(jìn)行了分析，面向非實時高精度時間同步業(yè)務(wù)需求，提出了基于鐘差相對不變性的空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚酆蠄D模型。不同于面向通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化模型，該模型以時間同步業(yè)務(wù)為約束條件和優(yōu)化對象，實現(xiàn)了從時間同步業(yè)務(wù)的角度對空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目坍??；谠撃Ｐ瓦M(jìn)行節(jié)點間多跳中繼時間同步，以少量精度更高的測量代替多次精度相對較低的測量，在降低時間同步建鏈次數(shù)的同時，使時間同步精度得到提高，通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膬?yōu)化建模實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點時間同步性能的提高，對于提高空間信息網(wǎng)絡(luò)時間同步業(yè)務(wù)的鏈路資源利用效率和時間同步精度具有意義。

圖6 24小時內(nèi)北京站與MEO3的時間比對精度變化

圖7 不同時變圖快照頻度下的時間同步精度

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蔚保國： 男，1966年生，研究員，研究方向為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總體設(shè)計.

鮑亞川： 男，1985年生，博士生，研究方向為衛(wèi)星導(dǎo)航、高精度時間同步.

魏海濤： 男，1979年生，高級工程師，研究方向為衛(wèi)星導(dǎo)航、高精度時間同步.

Time Synchronization Service Oriented Topology AggregationModel of Space Information Network

YU Baoguo BAO Yachuan WEI Haitao

(,050081,)(54,050081,)

The trend of heterogeneous node and functional diversification is presented in the development of space information network. The synchronization of network nodes is the technical foundation of task coordination of network nodes. The characteristic of time synchronization service of space information network is analyzed in this paper and the error model of multi-hop relay time synchronization is given. The concept of clock offset relative invariance is proposed based on the characteristic of non-real-time time synchronization, and a novel space information network topology aggregation model is given for time synchronization service. Differing from normal communication-service-oriented network models, the constraint condition of the model establishment is the performance of node clock and the time synchronization link, and the characteristic and requirement of time synchronization service is concerned. Simulation of space information network time synchronization is made according to the model. In the process of multi-hop relay time synchronization based on the model, less routing and linking number is needed. The link resource consumption is reduced, and the time synchronization precision is improved.

Space information network; Time synchronization; Relative invariance of clock offset; Topology aggregation

TN967.1

A

1009-5896(2017)12-2929-08

10.11999/JEIT170252

2017-03-29；

2017-08-31；

2017-10-27

通信作者：鮑亞川 baoyachuan@126.com

國家自然科學(xué)基金(91638203)，國家重點研發(fā)計劃(2016YFB0502102)

: The National Natural Science Foundation of China (91638203), The National Key Research and Development Program (2016YFB0502102)