一種適用于天地一體化網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星通信港設(shè)計(jì)

王為眾，趙永利，郁小松，楊 柳，張 杰

(北京郵電大學(xué) 信息光子學(xué)與光通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100876)

0 引言

近年來(lái)，隨著衛(wèi)星研制、火箭發(fā)射、深空通信等各類空間技術(shù)不斷地進(jìn)步與運(yùn)用，空間信息網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，由此人類得以將信息通信網(wǎng)絡(luò)的范圍擴(kuò)展到了地球每一個(gè)角落、近地空間乃至深空空間。在此背景下我國(guó)為了能夠在未來(lái)國(guó)際空間領(lǐng)域具有制天權(quán)和制空權(quán)，提出天地一體化網(wǎng)絡(luò)概念，來(lái)支持我國(guó)軍事通信、遙感導(dǎo)航、商用發(fā)展等多方面需求的提升。天地一體化網(wǎng)絡(luò)的概念是指：具有綜合性的星間、星地及地面互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，凡與航天器有關(guān)的數(shù)據(jù)接收、傳輸分發(fā)、運(yùn)行控制等資源均應(yīng)一并予以有機(jī)整合，服務(wù)不再局限于一種衛(wèi)星，也不再對(duì)應(yīng)特定用戶，而是向多種用戶提供多種類型的信息，實(shí)現(xiàn)信息共享和統(tǒng)籌建設(shè)[1]。

天基骨干網(wǎng)絡(luò)在天地一體化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想中承擔(dān)信息傳輸與分發(fā)功能，其主要是由數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)、地面測(cè)控網(wǎng)、地面數(shù)據(jù)網(wǎng)和深空網(wǎng)等構(gòu)成。其中，中繼衛(wèi)星系統(tǒng)作為天基骨干網(wǎng)絡(luò)的核心，是天地一體化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。地球同步軌道(Geostationary Earth Orbit,GEO)衛(wèi)星通信系統(tǒng)能夠?yàn)榈孛婢W(wǎng)絡(luò)、低軌道(Low Earth Orbit，LEO)衛(wèi)星通信系統(tǒng)難以覆蓋的區(qū)域提供移動(dòng)通信服務(wù)，并且具有視距覆蓋范圍廣、帶寬大、組網(wǎng)靈活、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是組成天基骨干網(wǎng)的重要部分。目前學(xué)術(shù)界對(duì)于GEO衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)有了不少的研究[2-6]，本文在文獻(xiàn)[6]基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)衛(wèi)星通信港的架構(gòu)和功能進(jìn)行研究，綜合天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并基于STK軟件對(duì)衛(wèi)星通信港網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真。

1 天地一體化網(wǎng)絡(luò)背景介紹

1.1 天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

天地一體化網(wǎng)絡(luò)從物理架構(gòu)層進(jìn)行劃分，可以分為3層，分別是：天基骨干網(wǎng)絡(luò)、天基接入網(wǎng)絡(luò)和地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。3個(gè)網(wǎng)絡(luò)相互協(xié)同、融合，采用統(tǒng)一的技術(shù)方案和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行管理，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 天地一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

① 天基骨干網(wǎng)絡(luò)：由若干個(gè)運(yùn)行在地球同步軌道的高軌衛(wèi)星組成，衛(wèi)星采用多波束星下天線與地面站進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)中低緯度區(qū)域全域覆蓋。承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、路由管理、傳輸協(xié)議、狀態(tài)監(jiān)控等重要功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于制定區(qū)域的全時(shí)覆蓋。

② 天基接入網(wǎng)絡(luò)：由若干個(gè)處于中軌道或低軌道的衛(wèi)星星座組成，接入網(wǎng)衛(wèi)星之間可以有鏈路也可以沒(méi)有鏈路，由天基骨干網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星進(jìn)行統(tǒng)一管理。衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)以星座的形式組網(wǎng)，可以全時(shí)全域?yàn)榈孛妗⒑Ｑ蠹案呖盏榷嗑S度用戶提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。

③ 地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)：由地面網(wǎng)關(guān)、地面設(shè)施和地面網(wǎng)絡(luò)組成，主要承擔(dān)對(duì)天基骨干網(wǎng)絡(luò)和天基接入網(wǎng)絡(luò)的信息管理、控制管理和數(shù)據(jù)處理，同時(shí)可以對(duì)天基骨干網(wǎng)絡(luò)和天基接入網(wǎng)絡(luò)的管理模式進(jìn)行更新，來(lái)滿足用戶對(duì)于空間網(wǎng)絡(luò)的新需求。

天地一體化網(wǎng)絡(luò)除了以上3個(gè)基本組成部分之外，同時(shí)包括地面互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、高空通信設(shè)施等地面網(wǎng)絡(luò)，為移動(dòng)、互聯(lián)網(wǎng)用戶提供接入衛(wèi)星網(wǎng)服務(wù)的功能。

1.2 天地一體化網(wǎng)絡(luò)特征

天地一體化網(wǎng)絡(luò)包括高軌衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星、遠(yuǎn)洋輪船、高空無(wú)人機(jī)編隊(duì)等多層級(jí)、多維度的空間通信設(shè)施，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全球、近地空間甚至深空環(huán)境的覆蓋，應(yīng)用前景廣闊，具有很強(qiáng)的信息革命性和網(wǎng)絡(luò)革命性，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

① 遍在性：在當(dāng)前4G普及、5G即將面世的移動(dòng)通信時(shí)代，天地一體化網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍將從傳統(tǒng)空天地專用用戶終端擴(kuò)散到物聯(lián)網(wǎng)中無(wú)數(shù)的非專用用戶終端。衛(wèi)星通信功能將不再只針對(duì)專業(yè)級(jí)用戶，可以為遍及全球的普通用戶提供服務(wù)。

② 綜合性：在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，用戶將會(huì)對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)提出更高的要求，如提供更加便利的交通聯(lián)網(wǎng)、為人類對(duì)地球未知領(lǐng)域的探索提供信息支撐，天地一體化網(wǎng)絡(luò)在此過(guò)程中承擔(dān)收集、處理、傳輸?shù)染C合性作用。并且其具備空間和動(dòng)態(tài)的衛(wèi)星感知、分析能力，可以為國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更大的幫助。

③ 網(wǎng)絡(luò)化：隨著物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)完全融入到用戶之間，天地一體化網(wǎng)絡(luò)作為地球互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，將會(huì)進(jìn)一步加快網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程，從專業(yè)級(jí)應(yīng)用擴(kuò)展為大眾級(jí)應(yīng)用。

④ 實(shí)時(shí)性：遵照“一星多用、多星組網(wǎng)、多網(wǎng)融合”的原則，天地一體化網(wǎng)絡(luò)將全面與地面互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)進(jìn)行集成，與北斗系統(tǒng)密切協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球表面米級(jí)空間分辨率、小時(shí)級(jí)時(shí)間分辨率的影像與視頻數(shù)據(jù)采集和優(yōu)于米級(jí)精度的實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位服務(wù)，實(shí)時(shí)地為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門、各行業(yè)和廣大終端用戶提供快速、精確、智能化的PNTRC(定位、導(dǎo)航、授時(shí)、遙感、通信)服務(wù)，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營(yíng)的、軍民深度融合的我國(guó)天基信息實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)[7-11]。

⑤ 應(yīng)用型：天地一體化網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)面向經(jīng)濟(jì)、國(guó)防、民生應(yīng)用需求的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需要為專業(yè)用戶或者普通用戶提供高速、有效、合理、有序的接入服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)指定時(shí)間、指定地點(diǎn)上為指定設(shè)備、指定用戶提供指定的服務(wù)。

2 衛(wèi)星通信港設(shè)計(jì)方案

天地一體化網(wǎng)絡(luò)主要由天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)、地基接入網(wǎng)組成，在建設(shè)天基骨干網(wǎng)的過(guò)程中，由于地球同步軌道衛(wèi)星具有很多優(yōu)勢(shì)，如開(kāi)設(shè)快速、廣域覆蓋、廣播高效及常態(tài)持續(xù)等，得到了研究者廣泛的關(guān)注。基于同步軌道的衛(wèi)星骨干網(wǎng)，可以采用基于激光的電路交換，從而構(gòu)建高速、穩(wěn)定、可靠的天基骨干網(wǎng)，其他用于通信、導(dǎo)航、探測(cè)、數(shù)據(jù)匯聚、處理的各類子網(wǎng)或者高速節(jié)點(diǎn)，與骨干網(wǎng)可以采用分組交換策略直接相連或通過(guò)接入網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)[6]。

在實(shí)際應(yīng)用中，地球同步軌道高度為35 786 km，最小覆蓋半角76.34°。結(jié)合我國(guó)實(shí)際地理位置(位于東經(jīng)73°～135°)以及GEO衛(wèi)星在天基骨干網(wǎng)的核心作用，考慮搭配骨干網(wǎng)的抗毀性能以及可擴(kuò)展性，本文設(shè)計(jì)一種運(yùn)行在同步軌道的衛(wèi)星通信港星座模型，即由3顆衛(wèi)星運(yùn)行在東經(jīng)105°、軌道仰角為10°的衛(wèi)星組成，互相連通，并且由于不同衛(wèi)星位于不同軌道，避免了同軌道間每隔3°設(shè)置1顆衛(wèi)星的限制，具有良好的可擴(kuò)展性和抗毀性，所以港內(nèi)衛(wèi)星能夠靈活組網(wǎng)，完成天地一體化網(wǎng)絡(luò)天基骨干網(wǎng)的功能。

2.1 衛(wèi)星通信港架構(gòu)模型

衛(wèi)星通信港，是指在空間中多顆分布于同一軌道位置或者不同軌道位置上的不同類型的衛(wèi)星，通過(guò)星間高速鏈路互聯(lián)，相互協(xié)同以實(shí)現(xiàn)單顆衛(wèi)星難以完成的功能，并能在部分衛(wèi)星失效或者故障時(shí)快速自愈的衛(wèi)星群體集合[6]。在衛(wèi)星通信港內(nèi)部鏈路可以采用激光通信的策略，來(lái)實(shí)現(xiàn)高速率、高安全性的傳輸需求；衛(wèi)星通信港之間可以采用無(wú)線微波鏈路進(jìn)行通信。通過(guò)衛(wèi)星通信港的可擴(kuò)展、自愈重構(gòu)等能力，可以實(shí)現(xiàn)通信的快速響應(yīng)。

基于衛(wèi)星通信港的天地一體化網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)空間通信發(fā)展的必然趨勢(shì)，但是在目前實(shí)施部署仍存在很多問(wèn)題。第一，衛(wèi)星通信港作為天基骨干網(wǎng)，需要接入天基接入網(wǎng)、地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)中各種類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，連接用戶數(shù)量巨大，業(yè)務(wù)種類繁雜，這些因素會(huì)造成衛(wèi)星通信港的網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)和管理方案異常復(fù)雜；第二，由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)具有特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、時(shí)變特性、傳輸距離長(zhǎng)等固有因素，導(dǎo)致傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及路由策略無(wú)法適應(yīng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。所以本文根據(jù)天地一體化網(wǎng)絡(luò)背景，借鑒SDN集中式管理模型，提出一種適用于天地一體化的衛(wèi)星通信港設(shè)計(jì)方案。SDN是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與資源虛擬化，從而實(shí)現(xiàn)底層硬件的可編程化，完成對(duì)資源的按需調(diào)配[13]。基于軟件定義的衛(wèi)星通信港網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 基于軟件定義的衛(wèi)星通信港設(shè)計(jì)架構(gòu)

圖2中的資源層由天基接入網(wǎng)和地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)組成，包括LEO衛(wèi)星、地面網(wǎng)關(guān)、星間鏈路及地面網(wǎng)絡(luò)等通信設(shè)施，用戶通過(guò)資源層接入到天地一體化網(wǎng)絡(luò)之中。

衛(wèi)星通信港位于架構(gòu)中的控制層，同虛擬網(wǎng)絡(luò)管理器進(jìn)行配合，完成拓?fù)涔芾怼?shù)據(jù)庫(kù)管理、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息收集等功能。衛(wèi)星通信港內(nèi)部構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一控制中心，對(duì)多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能管控。

協(xié)作層連接控制層和應(yīng)用層，為SDN應(yīng)用和商業(yè)應(yīng)用提供基礎(chǔ)支持功能，協(xié)作控制層提供天地一體化網(wǎng)絡(luò)天基骨干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)配置、信息同步、災(zāi)難備份、抗毀性能等功能。

在該網(wǎng)絡(luò)模型中，衛(wèi)星通信港承擔(dān)天地一體化網(wǎng)絡(luò)中多域控制器的作用，連接多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，將資源層的設(shè)施合理有序地劃分成由單域控制器管理的控制域，使網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式更加靈活有效。多域控制器直連各個(gè)單域控制器，在每個(gè)時(shí)間切片內(nèi)，單域控制器上報(bào)路由流表給多域控制器，由多域控制器進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)、策略選擇、下發(fā)流表等功能。

2.2 衛(wèi)星通信港業(yè)務(wù)建立流程

如圖3所示，基于SDN的衛(wèi)星通信港路由服務(wù)處理流程設(shè)計(jì)為以下幾個(gè)步驟：

① 用戶B發(fā)出通信請(qǐng)求至LEOs衛(wèi)星。

② 控制域1的LEOs衛(wèi)星通過(guò)查詢當(dāng)前更新的服務(wù)請(qǐng)求，并同A進(jìn)行通信。此時(shí)用戶B所在位置無(wú)法與地面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直連，請(qǐng)求信息被發(fā)送至控制域1的L拓?fù)滏溌锋溄恿鞅恚窗l(fā)現(xiàn)有任何路由匹配請(qǐng)求，即將轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求信息發(fā)送至空間網(wǎng)絡(luò)控制器1。

③ 空間網(wǎng)絡(luò)控制器1將轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求信息上報(bào)至多域控制器，即衛(wèi)星通信港，由多域控制器進(jìn)行業(yè)務(wù)調(diào)度。

④ 多域控制器通過(guò)對(duì)全網(wǎng)的集中式控制，獲取當(dāng)前時(shí)間片的全網(wǎng)拓?fù)洹?duì)業(yè)務(wù)種類、QoS等級(jí)、時(shí)延等級(jí)、擁塞等級(jí)進(jìn)行判斷，并對(duì)業(yè)務(wù)傳輸時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，當(dāng)前時(shí)間片拓?fù)涫欠衲軌驅(qū)I(yè)務(wù)傳輸完畢。分析完畢，從控制器策略庫(kù)中選取路由轉(zhuǎn)發(fā)策略，并進(jìn)行路由計(jì)算。

⑤ 多域控制器將流表發(fā)送至各個(gè)空間、地面單域控制器。

⑥ 地面網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)流表通過(guò)OpenFlow控制通道分別下發(fā)到該路徑上相應(yīng)的各個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)上，進(jìn)行建路準(zhǔn)備。

⑦ 數(shù)據(jù)開(kāi)始傳輸，最終到達(dá)節(jié)點(diǎn)A。

圖3 衛(wèi)星通信港業(yè)務(wù)建立流程示意圖

3 衛(wèi)星通信港網(wǎng)絡(luò)性能分析

本文使用STK仿真軟件實(shí)現(xiàn)上述提出的適用于天地一體化網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星通信港設(shè)計(jì)方案，衛(wèi)星軟件工具包(Satellite Tool Kit，STK)，是由美國(guó)AGI公司開(kāi)發(fā)的一款在航天工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的商業(yè)化分析軟件，能夠提供圖標(biāo)以及文本形式的結(jié)果分析[14]。方案通過(guò)STK對(duì)衛(wèi)星通信港的覆蓋特性、鏈路特性進(jìn)行了仿真與性能分析，仿真時(shí)間設(shè)置為1 May 2017 4:00至7 May 2017 4:00。

3.1 衛(wèi)星通信港覆蓋特性仿真

本節(jié)分別對(duì)衛(wèi)星通信港、Walker星座、天地一體化網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能進(jìn)行了仿真。

3.1.1 衛(wèi)星通信港對(duì)地覆蓋特性

本文在地面網(wǎng)關(guān)仿真中設(shè)計(jì)了5個(gè)在我國(guó)具有代表性的地面站設(shè)施，分別位于北京(Beijing)、甘肅(Gansu)、貴州(Guizhou)、海南(Hainan)、新疆(Xinjiang)。考慮到衛(wèi)星通信港更多的是為我國(guó)提供通信服務(wù)，并且由于地球靜止衛(wèi)星軌道有限，必須遵守國(guó)際規(guī)則和衛(wèi)星通信港可擴(kuò)展性的原則，本文設(shè)計(jì)由1顆主星、2顆輔星組成的衛(wèi)星通信港，將Subsatellite point屬性設(shè)置為105°，Inclination屬性設(shè)置為10°，港內(nèi)3顆衛(wèi)星的True Anomaly分別為：0°、5°、10°。圖4為2017年5月1日的通信港覆蓋情況，衛(wèi)星通信港可以實(shí)現(xiàn)在我國(guó)北緯60°以南實(shí)現(xiàn)24 h無(wú)間斷覆蓋。圖4說(shuō)明了通信港主星距離北京地面站的鏈路接入AER，由圖可知在通信港距離地面站的距離在23:00左右達(dá)到峰值，此時(shí)不適合和通信港主星進(jìn)行通信。

圖4 衛(wèi)星通信港對(duì)地面站覆蓋情況

3.1.2 衛(wèi)星通信港對(duì)Walker星座的覆蓋特性

由圖5可以看出，衛(wèi)星通信港對(duì)LEO層Walker星座每顆衛(wèi)星都具有良好的覆蓋性能，一天超過(guò)90%的時(shí)間可以保持連通狀態(tài)，這為業(yè)務(wù)的多路徑選擇和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡策略設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)支持。

圖5 衛(wèi)星通信港與Walker星座的覆蓋情況

3.2 衛(wèi)星通信港鏈路特性分析

方位角、俯仰角和鏈路長(zhǎng)度是判斷鏈路質(zhì)量的重要指標(biāo)，以下對(duì)衛(wèi)星通信港的鏈路特性進(jìn)行仿真與性能分析。

3.2.1 衛(wèi)星通信港港內(nèi)鏈路仿真與分析

本文設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信港港內(nèi)衛(wèi)星并不在同一軌道中，這樣的好處是能夠極大限度地提升通信港的可擴(kuò)展性和安全性，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生衛(wèi)星姿態(tài)的調(diào)整，衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射器需要周期性轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)完成港內(nèi)衛(wèi)星的互聯(lián)。

通過(guò)仿真結(jié)果可以看出星間鏈路距離Distance成周期性變化，峰值為640 km，港內(nèi)衛(wèi)星可以全時(shí)保持連通狀態(tài)，這樣的鏈路特點(diǎn)對(duì)于港內(nèi)衛(wèi)星協(xié)同工作、災(zāi)難備份起到非常關(guān)鍵性的作用，同時(shí)提供了新增輔星、主輔切換的可能性。在受到物理攻擊或者被動(dòng)竊聽(tīng)的情況下，能及時(shí)進(jìn)行防御和數(shù)據(jù)熱更新，保證了通信港的安全性。

3.2.2 衛(wèi)星通信港港內(nèi)通信鏈路仿真

通過(guò)STK的communicate模塊對(duì)衛(wèi)星通信港港內(nèi)通信狀況進(jìn)行模擬仿真，每個(gè)港內(nèi)衛(wèi)星放置接收器和發(fā)射器。其中接收機(jī)增益/系統(tǒng)噪聲溫度設(shè)置6 dB/K，發(fā)射機(jī)頻率為5 GHz，EIRP為35 dBW，傳輸速率為1 Mbps，調(diào)制類型為QPSK。

仿真結(jié)果顯示，在4:00～16:00的時(shí)間段內(nèi)，誤碼率一直保持在一個(gè)很低的范圍之內(nèi)，符合我國(guó)天地一體化組網(wǎng)通信需求。

3.2.3 衛(wèi)星通信港與地面站鏈路仿真與分析

衛(wèi)星通信港運(yùn)行在地球同步軌道，對(duì)地面站具有無(wú)間斷覆蓋特性，但是在一天之中，由于衛(wèi)星的移動(dòng)，星地通信鏈路狀況隨著時(shí)間在發(fā)生改變，衛(wèi)星通信港與傳統(tǒng)高軌衛(wèi)星有著不同的性能表現(xiàn)，本文通過(guò)對(duì)衛(wèi)星通信港和地球靜止軌道、較高軌道傾角同步軌道衛(wèi)星進(jìn)行鏈路性能對(duì)比，對(duì)衛(wèi)星通信港性能進(jìn)行說(shuō)明。

如圖6所示，不同參數(shù)的衛(wèi)星在不同時(shí)段具有不同的誤碼率，高軌道傾角同步衛(wèi)星和衛(wèi)星通信港在4:00～16:00時(shí)段有著幾乎完全相同的誤碼率，但是在17:00之后有著明顯的增高，無(wú)法適應(yīng)持續(xù)性的通信服務(wù)需求。地球靜止軌道衛(wèi)星具有穩(wěn)定的誤碼率，并且在某些時(shí)段誤碼率表現(xiàn)更優(yōu)，但是由于靜止軌道衛(wèi)星數(shù)量有限，可擴(kuò)展性差，并且在白天誤碼率表現(xiàn)不如衛(wèi)星通信港，故衛(wèi)星通信港相比兩者具有更好的通信性能。

圖6 衛(wèi)星通信港與高軌衛(wèi)星對(duì)Beijing地面站通信鏈路仿真

4 結(jié)束語(yǔ)

天地一體化網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)，本文針對(duì)天地一體化網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星骨干網(wǎng)設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信港架構(gòu)，提出基于SDN的集中式管理模式，提高了天地一體化骨干網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)靈活性、結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性。通過(guò)STK對(duì)衛(wèi)星通信港架構(gòu)進(jìn)行仿真，對(duì)其覆蓋特性、星間/星地鏈路狀況進(jìn)行模擬，結(jié)果表明該架構(gòu)能夠滿足我國(guó)對(duì)于天地一體化衛(wèi)星骨干網(wǎng)絡(luò)的要求，為下一步研究工作提供理論依據(jù)與參考。

[1] 沈榮駿.我國(guó)天地一體化航天互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想[J].中國(guó)工程學(xué),2006,8(10): 19-30.

[2] 劉炯,陶波,李志軍,等.一種新的GEO/ LEO雙層星座路由算法[J].電訊技術(shù),2016,56(9): 982-989.

[3] 姚曄,梁旭文.LEO&GEO雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)路由技術(shù)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2013,35(9): 1966-1973.

[4] 徐春鳳,韓成,姜會(huì)林,等.GEO與LEO間激光通信軌道特性仿真[J].紅外與激光工程,2016,45(8):101-107.

[5] Prakash P,Kishore J K.An Active Cell Balancing Algorithm for Li-Ion Battery and Its Simulations for GEO satellite missions[J].2016 IEEE 1st International Conference on Power Electronics,Intelligent Control and Energy Systems (ICPEICES),Delhi,2016：1-6.

[6] 張杰,郁小松.天地一體化網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星通信港控制架構(gòu)與路由技術(shù)研究[J].無(wú)線電通信技術(shù),2017,43(2):1-5.

[7] 李德仁.論空天地一體化對(duì)地觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào),2012,14(4): 419-425.

[8] 李德仁,沈欣,龔健雅,等.論我國(guó)空間信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2015,40(6): 711-715.

[9] 徐益平.天地一體化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)[J].現(xiàn)代雷達(dá).2017,39(7):12-16.

[10] 王爾申.岳孝東,向赫,等.“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)仿真與全球覆蓋分析[J].電訊技術(shù),2016，56(8):919-922.

[11] 李婷,胡建平,徐會(huì)忠.天基信息網(wǎng)絡(luò)的軟件定義網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用探析[J].電訊技術(shù)，2016，56(3):259-266.

[12] 馬吉康.通信衛(wèi)星組網(wǎng)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京: 北京郵電大學(xué),2008.

[13] 陳 晨,謝珊珊,張瀟瀟,等.聚合SDN控制的新一代空天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2015,10(5): 450-454.

[14] STK User’s Manual Version 4.2.1[M].Network: Analytical Graphics INC(AGI),2000.