基于TDMA的星间链路时隙分配设计与仿真评估

发布时间：2019-11-19 19:34

【摘要】：基于TDMA的星间链路体制组网灵活,传输效率高,已成为今后星间链路的一种发展趋势;对于TDMA的星座网络而言,其时隙分配是影响业务时延的重要因素,文章就一种双层混合型星座提出了一种时隙分配方案,并对星座网络的传输进行了仿真,分别从广播和单播两种业务的角度针对星间链路传输性能的时延指标进行了评估分析,结果显示,该TDMA星座网络基本能在30s内广播全网数据,且单播时在地面站仰角不受限的情况下,绝大部分(95%以上)的境外星最多都只需要一跳即可到达,该结果会在地面站仰角限制增大的情况下随之递减。
【图文】：

可视性分析,规划方案,链路,卫星

星之间的可见时间变短，规律也变得更为复杂。假设源卫星的轨道高度为ｄ１，目标卫星的轨道高度为ｄ２，星间距离为ｄ，那么链路和地球相切时的切线与源卫星天线法向的夹角β为：β＝ａｒｃｓｉｎ（ｄＥ／ｄ１）（１）其中：ｄＥ为地球半径。而链路与原卫星天线法向的夹角θ为θ＝ａｒｃｃｏｓ［（ｄ２１＋ｄ２－ｄ２２）／２ｄｄ１］（２）为了维持源卫星与目的卫星之间的可见性，那么必须满足如下关系：β＜θ＜α（３）如图２所示，当时，卫星间会因地球遮挡而不可见（图２ａ），当时，卫星间会因天线的限制而不可见（图２ｂ），只有当链路与法线的夹角满足时，卫星间才可以正常建链（图２ｃ）。图２星间可视性分析图２链路规划方案２．１境内卫星与境外卫星由于星间链路的最主要功能是减少地面站的建设，增加星间数据传输的功能。因此区分卫星是否可以由现有地面站可见，即在境内，还是需要其他卫星中继才能收到地面上注的消息，即在境外，是非常有必要的。在本文中，取地面站的地点设在北京（Ｅ１１６°，Ｎ３９°），北京能见的卫星称为境内卫星，北京不可见的卫星称为境外卫星。２．２时变与非时变链路由１．２的星间可视性分析可得，每颗卫星与其他卫星之间的可视性有些是一直可见的，有些是一直都不可见的，其余的是间歇可见的。对于一直可见的卫星与卫星之间的链路，我们称之为非时变链路，对于间歇可见的链路，我们称之为时变链路。以ＭＥＯ１１为例，在本文的天线约束下，其一直可见的卫星有ＭＥＯ１３、ＭＥＯ１４、ＭＥＯ１６、ＭＥＯ１７、ＭＥＯ２１、ＭＥＯ２４、

统计图,跳数,统计图,时延

常快速提供全球服务，分别从广播和单播的角度做出了简单的评价。３．１最大广播跳数最大广播跳数指某一数据在一个超帧内的任意时刻开始从源卫星洪泛广播，最多需经历多少跳才能到达全星座。为了满足某些紧急情况的需要，广播业务需要在尽可能短的时间内遍历全星座。对于本文设计的ＴＤＭＡ星间链路系统而言，从每一个超帧来看，星间传输的路由都是静态的，因此，对于每个超帧内的星座，每个时刻下发信息其广播的跳数也是固定的。取每个超帧内的所有时隙中广播跳数的最大值，它反映了星座广播信息的能力。如图３所示，所有卫星的最大广播跳数都在７～１３之间，其中８跳和９跳占了绝大多数。这说明了大部分时刻的大部分卫星都能在半个超帧即３０ｓ内完成信息的广播。图３最大广播跳数统计图３．２地面上注最大时延星间链路的主要功能是由境内卫星完成对地面站与境外卫星之间信息的转发。因此从地面开始上注至信息到达境外卫星的时延长短是评价一个星间网络的重要标准。本文在ＴＤＭＡ时隙划分的基础上，采用一跳路由星间转发的方式，由地面站选择性上注给当前超帧内转发给目标境外星最快的境内卫星。当境内星在有消息转发给目标境外卫星的情况下，若当前建链指向境外卫星，，则直接将信息发送出去；否则等待建链指向到目标卫星，然后才发送信息。在这种路由模式下，信息在境内星上排队等待的时间为上注时延的绝大部分，它的单位是每个时隙（３ｓ）。由于地形地貌等限制，地面站与卫星之间的链路也会有类似于天线波束角度限制的情况发生，仰角度数大小的限制将直接影响境内星的个数，当境内星个数变少时，单个境内星转发的压力会变大，因此消息的排队时延也会受到较大的影响。如图４

【参考文献】