本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于sip技術(shù)的星載一體化x波段通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、星載一體化通信網(wǎng)絡(luò)通常涉及多顆衛(wèi)星與地面站之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。盡管這一技術(shù)在理論上具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中，依然面臨諸多挑戰(zhàn)。x波段作為物理層傳輸介質(zhì)，其傳播特性對(duì)于大氣層、云層、降水等天氣現(xiàn)象非常敏感，容易出現(xiàn)信號(hào)衰落、時(shí)延波動(dòng)以及鏈路不穩(wěn)定等問(wèn)題。這會(huì)嚴(yán)重影響通信質(zhì)量，尤其是在復(fù)雜的環(huán)境條件下，如惡劣天氣、地形遮擋等。并且現(xiàn)有的星載通信網(wǎng)絡(luò)在資源調(diào)度和帶寬管理上存在較大問(wèn)題。尤其是在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，如何實(shí)時(shí)調(diào)整帶寬以適應(yīng)鏈路質(zhì)量的變化，仍然是一個(gè)亟待解決的難題。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理策略通常是靜態(tài)的，無(wú)法對(duì)鏈路的變化做出快速響應(yīng)，導(dǎo)致帶寬浪費(fèi)或鏈路擁塞。在現(xiàn)有的星載一體化通信網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備間需要遵循不同的協(xié)議棧，包括衛(wèi)星鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層等。然而，由于不同層次協(xié)議棧的兼容性問(wèn)題，通信系統(tǒng)的復(fù)雜度增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性受到影響?，F(xiàn)有技術(shù)在鏈路質(zhì)量監(jiān)測(cè)與調(diào)整方面普遍存在局限性。雖然可以對(duì)一些基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)（如信號(hào)強(qiáng)度、延遲等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但由于缺乏實(shí)時(shí)、全面的鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)支持，導(dǎo)致系統(tǒng)難以動(dòng)態(tài)調(diào)整資源分配，無(wú)法在鏈路變化時(shí)做出有效的優(yōu)化。

2、盡管sip（session?initiation?protocol）技術(shù)在通信領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，尤其在語(yǔ)音、視頻通信及即時(shí)消息中，其在星載一體化通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用仍然面臨多方面的挑戰(zhàn)。首先sip協(xié)議對(duì)時(shí)延非常敏感，尤其在衛(wèi)星通信中，由于衛(wèi)星和地面站之間的距離較遠(yuǎn)，帶寬延遲和時(shí)延抖動(dòng)將直接影響sip協(xié)議的性能。尤其是在實(shí)時(shí)通信場(chǎng)景中，sip協(xié)議要求低時(shí)延和低抖動(dòng)，但衛(wèi)星鏈路往往無(wú)法提供穩(wěn)定的低時(shí)延服務(wù)。sip協(xié)議的優(yōu)勢(shì)之一在于能夠根據(jù)鏈路狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整會(huì)話參數(shù)，如帶寬分配。然而，星載一體化通信網(wǎng)絡(luò)中，由于鏈路質(zhì)量的波動(dòng)性以及地面站和衛(wèi)星之間的時(shí)延，sip協(xié)議的鏈路質(zhì)量監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)整功能難以實(shí)現(xiàn)。并且sip協(xié)議需要在衛(wèi)星、地面站和終端設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)縫協(xié)作。盡管sip協(xié)議在地面通信中應(yīng)用廣泛，但在星載系統(tǒng)中，由于設(shè)備、協(xié)議棧、通信鏈路等的差異，如何有效整合sip協(xié)議棧成為了一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的之一在于提供一種基于sip技術(shù)的星載一體化x波段通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)備、協(xié)議棧、通信鏈路的差異，難以有效整合sip協(xié)議棧的缺點(diǎn)。

2、本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種基于sip技術(shù)的星載一體化x波段通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，包括如下步驟：s100、構(gòu)建底層鏈路，采用x波段作為物理層的傳輸介質(zhì)，在衛(wèi)星和地面站之間通過(guò)x波段頻率進(jìn)行通信，衛(wèi)星收發(fā)機(jī)作為物理層設(shè)備，完成衛(wèi)星和地面站之間的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸；s200、將網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議與x波段通信鏈路相連接，在地面接收端中內(nèi)置有地面sip代理服務(wù)器，用于管理與衛(wèi)星間的sip協(xié)議對(duì)接，支持信號(hào)調(diào)度、資源分配以及狀態(tài)監(jiān)控，并根據(jù)sip協(xié)議管理用戶的請(qǐng)求，處理呼叫請(qǐng)求、會(huì)話建立與終止，同時(shí)通過(guò)x波段的衛(wèi)星鏈路提供通信傳輸，sip的協(xié)議棧同時(shí)部署在地面站、衛(wèi)星以及終端設(shè)備中，設(shè)備間能夠通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的信令與會(huì)話管理協(xié)議進(jìn)行通信，所述sip協(xié)議棧能夠根據(jù)環(huán)境變化動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)到的鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)調(diào)整帶寬，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面站之間的協(xié)議棧的穩(wěn)定連接；s300、將步驟s200中所述的鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)與路由轉(zhuǎn)發(fā)策略結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基于鏈路質(zhì)量的動(dòng)態(tài)路由轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則選擇；s400、根據(jù)結(jié)合s200中的鏈路互聯(lián)和s300中的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略，配置星地鏈路與星間鏈路的ip路由轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，構(gòu)建得到天地一體化的通信網(wǎng)絡(luò)。

3、進(jìn)一步地，所述衛(wèi)星上搭載有的通信模塊中集成有sip協(xié)議棧，用于提供sip協(xié)議的會(huì)話管理功能，控制數(shù)據(jù)流、路由選擇以及會(huì)話維護(hù)，所述衛(wèi)星上的路由根據(jù)sip協(xié)議中的呼叫路由與地址解析機(jī)制，實(shí)現(xiàn)靈活選擇通信路徑。

4、進(jìn)一步地，根據(jù)環(huán)境變化動(dòng)態(tài)調(diào)整帶寬包括：通過(guò)如下耦合微分方程組來(lái)描述低地球軌道環(huán)境下，衛(wèi)星的高速度導(dǎo)致的通信鏈路的快速變化：

5、，

6、，

7、，

8、其中，d(t)用于表示在時(shí)間t時(shí)刻，衛(wèi)星和地面站之間的距離；α(t)用于表示鏈路質(zhì)量；p(t)用于表示在時(shí)間t時(shí)刻的接收功率；δ(t)用于表示因大氣層、云層等因素引起的附加衰減；γ為路徑損耗指數(shù)，取值為2~4；v為衛(wèi)星的速度；k1和k2為衰減系數(shù)；p0為發(fā)射功率，μ為地球的標(biāo)準(zhǔn)引力參數(shù)；r(t)為衛(wèi)星的位置向量，表示衛(wèi)星與地球中心的相對(duì)位置；根據(jù)耦合微分方程組對(duì)整個(gè)通信過(guò)程中的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)對(duì)接收功率p(t)在一個(gè)通信窗口內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分，從而計(jì)算得到計(jì)算平均接收功率pavg，所述平均接收功率pavg通過(guò)如下積分式表達(dá)：

9、，所述積分式通過(guò)計(jì)算接收功率p(t)在時(shí)間區(qū)間[0,t]上的積分，然后除以t，得到一個(gè)時(shí)間上的平均值，所述平均值體現(xiàn)了鏈路質(zhì)量的總體表現(xiàn)，用于評(píng)估網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。

10、進(jìn)一步地，將通過(guò)耦合微分方程組計(jì)算得到的參數(shù)作為衛(wèi)星鏈路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將參數(shù)集成到sip協(xié)議棧的資源調(diào)度系統(tǒng)中，所述將參數(shù)集成到sip協(xié)議棧的資源調(diào)度系統(tǒng)包括如下子步驟：s210、根據(jù)鏈路質(zhì)量α(t)，接收功率p(t)，以及衛(wèi)星與地面站距離d(t)和衛(wèi)星軌道，建立一個(gè)鏈路質(zhì)量與qos指標(biāo)之間的映射關(guān)系；s220、使用pavg作為鏈路質(zhì)量評(píng)估的輸入，計(jì)算每條鏈路的平均接收功率，并根據(jù)計(jì)算得到pavg的值選擇最佳路徑和路由，優(yōu)先選擇接收功率高的路徑以保證高質(zhì)量的通信；并且基于pavg，sip協(xié)議?？梢詣?dòng)態(tài)調(diào)整qos策略，根據(jù)不同服務(wù)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行帶寬分配，確保高優(yōu)先級(jí)流量?jī)?yōu)先傳輸；s230、將耦合微分方程組中的各參數(shù)作為輸入，將輸入的各參數(shù)作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和反饋信息，傳遞給sip協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)管理模塊，并結(jié)合pavg，使得sip協(xié)議棧動(dòng)態(tài)調(diào)整qos策略，根據(jù)不同服務(wù)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行帶寬分配，確保高優(yōu)先級(jí)流量?jī)?yōu)先傳輸。

11、進(jìn)一步地，鏈路質(zhì)量與qos指標(biāo)之間的映射關(guān)系包括：延遲(t)?∝?vd(t)，用于表示衛(wèi)星與地面站的相對(duì)速度和距離會(huì)影響傳輸延遲；帶寬(t)?∝?α(t)，用于表示鏈路質(zhì)量與可用帶寬成正比。

12、進(jìn)一步地，根據(jù)計(jì)算得到pavg的值選擇最佳路徑和路由包括：當(dāng)pavg的值高時(shí)，sip協(xié)議棧動(dòng)態(tài)增加帶寬，并采用高效的調(diào)制方式；當(dāng)pavg的值低時(shí)，sip協(xié)議?？梢越档蛶?，減少流量需求，使用穩(wěn)定的調(diào)制方式來(lái)提高抗干擾性，同時(shí)可以增加發(fā)射功率來(lái)改善鏈路穩(wěn)定性，如果pavg長(zhǎng)期處于低值，sip協(xié)議棧觸發(fā)冗余鏈路切換，并根據(jù)鏈路質(zhì)量的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)路徑選擇。

13、進(jìn)一步地，步驟s300包括如下子步驟：s310、根據(jù)耦合微分方程系統(tǒng)的輸出，評(píng)估鏈路的健康狀況；s320、根據(jù)評(píng)估得到的鏈路健康狀況結(jié)合qos指標(biāo)，選擇最優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，同時(shí)根據(jù)接收功率p(t)的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整傳輸功率，當(dāng)鏈路質(zhì)量降低，則增加功率以增強(qiáng)信號(hào)的可靠性，當(dāng)鏈路質(zhì)量好，則減少功率以節(jié)省能源并減輕干擾；s330、根據(jù)實(shí)時(shí)的鏈路質(zhì)量和流量需求，將數(shù)據(jù)流分配到多個(gè)鏈路上，并在路由配置中引入冗余鏈路，當(dāng)主鏈路的α(t)或p(t)下降到臨界值時(shí)，自動(dòng)切換到備用鏈路，確保通信不中斷。

14、本發(fā)明另一方面提供了一種基于sip技術(shù)的星載一體化x波段通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括：處理器；存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)如上所述的基于sip技術(shù)的星載一體化x波段通信網(wǎng)絡(luò)方法。

15、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

16、1、本發(fā)明通過(guò)將sip協(xié)議棧與x波段通信鏈路相結(jié)合，通過(guò)在地面站內(nèi)置sip代理服務(wù)器，并在衛(wèi)星、地面站和終端設(shè)備中部署sip協(xié)議棧，能夠確保設(shè)備間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的信令協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)的鏈路狀態(tài)交換。這使得sip協(xié)議能夠在鏈路變化時(shí)（如天氣變化、信號(hào)衰落等）動(dòng)態(tài)調(diào)整帶寬，以保證通信的穩(wěn)定性。從而實(shí)現(xiàn)鏈路質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)整帶寬。

17、2、本發(fā)明在考慮到低地球軌道環(huán)境下，衛(wèi)星的高速度導(dǎo)致通信鏈路的快速變化設(shè)計(jì)了一個(gè)耦合微分方程組，通過(guò)對(duì)該耦合微分方程組進(jìn)一步增強(qiáng)了衛(wèi)星和地面站之間的鏈路優(yōu)化能力，可以有效改善鏈路的質(zhì)量動(dòng)態(tài)調(diào)整，減少由于鏈路不穩(wěn)定帶來(lái)的通信質(zhì)量下降。通過(guò)耦合微分方程組對(duì)鏈路狀態(tài)的精確預(yù)測(cè)和優(yōu)化，能夠在鏈路發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)對(duì)資源進(jìn)行重新分配，保證sip協(xié)議的通信質(zhì)量。

18、3、本發(fā)明通過(guò)在sip協(xié)議棧中加入鏈路質(zhì)量監(jiān)測(cè)功能，能夠自動(dòng)檢測(cè)鏈路的變化并做出帶寬調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)帶寬分配。極大地提高了帶寬的利用效率，避免了傳統(tǒng)靜態(tài)調(diào)度策略帶來(lái)的帶寬浪費(fèi)或擁塞問(wèn)題。