日益增长的物联网终端设备数量对地面网络的服务能力提出了巨大挑战。超密集低地球轨道卫星星座成为弥补地面网络覆盖区域有限以及用户终端计算能力不足的技术手段。通过建立卫星与地面连接模型,分析用户可获得的平均算力和回程容量,构...日益增长的物联网终端设备数量对地面网络的服务能力提出了巨大挑战。超密集低地球轨道卫星星座成为弥补地面网络覆盖区域有限以及用户终端计算能力不足的技术手段。通过建立卫星与地面连接模型,分析用户可获得的平均算力和回程容量,构建了多目标优化问题,旨在最小化所需卫星数量,同时满足用户任务卸载的差异化服务质量(QoS,quality of service)需求。提出了一种两阶段星座设计算法,首先优化算力卫星的资源分配策略,随后确定最优QoS下的星座参数。仿真结果验证了模型的准确性,并探讨了轨道高度、任务量和覆盖率对星座设计的影响。与Kuiper、OneWeb和SpaceX星座相比,该算法设计的星座在相同卫星数量下,平均覆盖率分别提高了29.52%、48.73%和34.82%。展开更多
文摘日益增长的物联网终端设备数量对地面网络的服务能力提出了巨大挑战。超密集低地球轨道卫星星座成为弥补地面网络覆盖区域有限以及用户终端计算能力不足的技术手段。通过建立卫星与地面连接模型,分析用户可获得的平均算力和回程容量,构建了多目标优化问题,旨在最小化所需卫星数量,同时满足用户任务卸载的差异化服务质量(QoS,quality of service)需求。提出了一种两阶段星座设计算法,首先优化算力卫星的资源分配策略,随后确定最优QoS下的星座参数。仿真结果验证了模型的准确性,并探讨了轨道高度、任务量和覆盖率对星座设计的影响。与Kuiper、OneWeb和SpaceX星座相比,该算法设计的星座在相同卫星数量下,平均覆盖率分别提高了29.52%、48.73%和34.82%。
基金supported by the National Natural Science Foundations of China(Nos.61961040,61771089)the Sichuan Provincial Key Research and Development Program(No.2021YFQ0011)。
文摘随着低地球轨道(Low Earth orbit,LEO)卫星的网络结构日益复杂,高效的信息传输对于天地一体化网络(Space-ground integrated network,SGIN)的发展至关重要。本文通过同时考虑切换次数、仰角和可用信道数量等指标来优化多目标切换问题。通过数学建模将地球划分为多个区域,并将优化目标定义为切换次数和负载均衡的加权和,根据不同场景确定加权系数。通过设置表示信息传输质量的阈值,可以优化仰角。本文将天地一体化网络的卫星切换问题转化为整数线性规划(Integer linear programming,ILP)问题,并使用数学工具求解,以提供最优解。同时,由于在实际工程应用中基于ILP的策略具有较高的算法复杂性,本文还提出了一种基于二分图的启发式切换策略。通过对一个实际应用的低轨卫星星座(Globalstar)进行仿真实验,验证了本文所提出的切换策略的有效性。
文摘针对低轨(low earth orbit,LEO)通信星座在轨重构问题,分析了低轨通信星座的特点,提出了4个重构指标,即全球平均覆盖率、燃料消耗均衡性、重构总时间和重构总速度增量,并分析了提高轨道高度的重构方式。采用基于分解的多目标进化算法(multiobjective evolutionary algorithm based on decomposition,MOEA/D)对重构进行建模分析。结果表明,模型优化结果可以得出多组最优解,构成帕累托前沿,并得出燃料消耗均衡性最优的解,针对两种失效模式得出的重构总时间均为3.6×10^(5)s,速度增量方差分别为261.4 m^(2)/s^(2)和293.4 m^(2)/s^(2),这些解均可恢复星座原有的覆盖性能,并使燃料消耗最为均衡。
