基本介紹
- 中文名：衛星組網
- 外文名：satellite network
- 學科：計算機、衛星
- 釋義：衛星技術的網路模式
- 特點：資源有限、網路傳輸延時較大等
- 設計原則：軌道平面與衛星個數的選取等
簡介,特點,仿真需求,衛星組網的設計原則,衛星組網設計的基本過程,衛星組網的因素及影響,衛星組網基本構型,
簡介
隨著數據通信業務需求的增加，單顆衛星工作模式難以滿足日益旺盛的通信業務需要，因此，將多顆衛星組網為數據通信提供服務已成為未來通信發展的趨勢。合理的衛星組網可以實現全球通信能力的連續覆蓋，可以提高國防防禦能力，實現空間通信的可視化。衛星組網技術涉及很多方面，例如衛星組網通信協定、衛星組網路由技術、衛星組網管理技術等。當前我國的衛星套用技術還處在單星模式，星座模式正在起步，因此要研究衛星組網技術，必須具備能夠進行仿真驗證的實驗平台。
衛星組網一般包括通信子網和資源子網，其中資源子網是衛星組網的信息資源部分，包括原始數據和融合數據兩大類。通信子網是維繫衛星組網的紐帶，提供信息傳輸通道。從網路的角度來考慮，衛星組網主要包括衛星節點和星間鏈路。
特點
由於衛星和星間鏈路自身具有一定的特點，這樣就使得衛星組網也具有一般地面網路所不具備的特點，主要包括以下幾個方面：
(1) 資源有限：衛星組網主要包括衛星等太空飛行器，由於技術的限制和環境的要求使得這些太空飛行器上的各種資源(能量資源、計算資源等)非常有限。
(2) 網路拓撲結構周期性變化：大部分衛星組網網路節點都運行在各種軌道上，這就使得這些節點以及節點之間的通信鏈路不像地面計算機網路那樣處在固定的位置上，而是隨時間不斷的變化。同時衛星組網與MANET(mobile ad hoc network，國內研究者也稱之為自組網)的拓撲結構變化也有區別——衛星組網的拓撲結構是周期性變化的，而MANET的節點是隨機移動的，其拓撲結構的變化是非周期性的。
(3) 網路傳輸延時較大：衛星組網的大量節點運行在不同的空間軌道上，節點之間的距離可能達到上萬公里(例如軌道高度為兩萬公里的中軌道衛星MEO與低軌道衛星LEO之間的通信鏈路)，這樣在網路節點之間傳輸數據和指令的延時比地面網路大。
(4) 空間環境惡劣：由於衛星組網節點運行在空間中而且它們之間的通信主要是以無線電波來完成的，因此空間的惡劣環境(多徑衰落、電離層、大氣、太陽活動等)會對節點之間的通信造成比較大的影響，例如可能導致傳輸期間通信鏈路的誤碼率高及通信無法完成等情況的發生。
仿真需求
仿真平台的建立要結合仿真需求，因此在建立仿真平台之前要明確仿真需求。衛星組網仿真需求包括以下幾個方面：
(1) 仿真環境能夠支持低、中、高軌以及靜止軌道的衛星組成網路，同時能夠支持不同軌道衛星的數量是可變的。
(2) 支持衛星組網的不同路由策略，為衛星組網的路由研究提供仿真基礎平台。
(3) 仿真平台支持第三方的空間鏈路仿真需求，包括各類信道模擬器的集成。
(4) 為衛星組網的其他研究(例如網路管理、網路組織模型等研究)提供仿真驗證平台。
衛星組網的設計原則
衛星組網設計時，應考慮以下原則。
(1) 軌道平面與衛星個數的選取：在構成星座的可選衛星總數一定時，應盡力將衛星分布在較少的軌道平面內，且在每個軌道平面布設一個備用衛星，以滿足星座性能台階的需求，當星座內個別衛星發生故障時，星座可降級穩定運行。
(2) 避免軌道攝動引起星座變形：為了避免軌道攝動造成星座變形，儘量選用分布在圓軌道的衛星，且衛星的軌道平面應保持相同的高度和傾角，確保星座中所有衛星的交點進動相等。
(3) 衛星軌道高度的選取：為減少大氣阻力對軌道攝動的影響，選取軌道高度較高的衛星組成星座，且合理選擇相鄰軌道平面的相位，確保星座對地覆蓋的均勻性，以便為地面用戶提供較長的服務時間。
(4) 相鄰軌道面內的相位：通過選擇平面的相對位置，確定覆蓋的均勻性。
衛星組網設計的基本過程
衛星組網的設計過程可以描述如下：
(1) 確定任務需求，特別是性能需求和指標，以及性能增長和降級台階的目標；
(2) 在需求分析的基礎上，按照設計原則和方法從總體設計、軌道設計入手，結合星座類型和功能的特點，進行初步的分析和設計；
(3) 進行星座性能的綜合評估，如選擇星座類型，評估覆蓋性能和其他性能指標，分析性能增長與台階以及高度台階等問題。
(4) 形成設計檔案，設計過程反覆疊代至得到滿足任務需求的最優或近優星座。
衛星組網的因素及影響
衛星組網的設計是複雜的，不同的設計因素對衛星組網的影響也不同。衛星組網設計因素主要包括衛星數目、軌道平面數目、軌道高度、軌道平面的相位、偏心率等，圖1給出了相關因素對衛星組網設計的影響和選擇準則。
圖1 衛星組網設計因素及其影響
圖1 衛星組網設計因素及其影響衛星組網基本構型
從概念上來說，包含在一個衛星組網(星座)內的衛星可以位於任何軌道上，只要它們共同完成某一特定的任務就可以認為是一個衛星組網。但從實際套用的角度考慮，星座應具有一個穩定的構型以完成特定的任務。按照幾何構形可以將常用的星座類型分為均勻對稱星座、星形星座、橢圓軌道星座和混合星座。衛星編隊(衛星群)也可以看作是一種特殊的星座構形,稱之為編隊星座。
均勻對稱星座常常也稱為Walker類星座，
星座、
星座和玫瑰星座都屬於均勻對稱星座。其特點是所有衛星都採用高度相同、傾角相同的圓軌道；軌道平面沿赤道均勻分布；衛星在軌道平面內均勻分布:不同軌道面之間衛星的相位存在一定關係。
