CN111953512B - 面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法、系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于卫星网络通信技术领域，公开了一种面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法、系统及应用。其实现方案是：初始化Walker星座的参数和卫星天线建链约束，并对所有卫星进行编号；根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星的可建链集合；在异轨可建链集合中寻找可以构建Mobius星座拓扑构型的建链方式，生成链路组合集合；根据链路组合集合建立Walker星座的同轨和异轨星间链路，构造Mobius星座拓扑构型。本发明缩短了卫星网络的平均路径跳数，增强了网络的连通性，降低了网络的平均端到端时延，提升了Walker星座空间段的信息承载能力。本发明给出了Walker星座在“一星四链”模式下连通性最优的拓扑的结构，降低了路由成本，提升了网络的性价比。

Description

面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法、系统及 应用

技术领域

本发明属于卫星网络通信技术领域，尤其涉及一种面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法、系统及应用。

背景技术

目前，Walker星座是一类均匀对称且具有良好对地覆盖特性的圆形轨道星座，其设计初衷是利用尽可能少的卫星实现全球的高效覆盖。随着6G时代的来临，卫星互联网不仅需要良好的覆盖特性，还需要卫星之间建立可靠的传输链路，实现星座的空间段组网，以此满足网络具有高通量、低时延、负载均衡等多种Qos指标。这为Walker星座的空间拓扑设计带来了新的挑战。

目前基于Walker星座的空间拓扑主要分为动态规划的星间网络拓扑生成和静态的星间网络拓扑设计。第一种动态建链规划利用仿真软件，根据卫星的轨道信息和建链约束动态的生成最优的星座拓扑。利用时间拓展图等将网络拓扑切片化，分时隙刻画Walker星座的拓扑结构。但是该方法只能关注某个确定Walker星座，导出其时变的拓扑。而且随着星座规模的逐步增加，拓扑的变化愈加频繁，星座拓扑数增加，星间网络拓扑结构复杂度更高，常规的路由算法求解困难。第二种方法着眼于Walker星座的均匀对称结构，按照“一星四链”的原则生成静态的网络拓扑。许多研究工作用2D-Torus或者Mesh这种高度对称的超平面结构建模Walker星座的静态网络拓扑，并进行了路由、网络容量等深入研究。但是绝大部分Walker星座的静态拓扑并不能映射成Mesh或2D-Torus拓扑，或者形成该类拓扑将不符合卫星间建链的约束。更值得关注的是，在满足建链约束和固定网络的链路数目的前提下，即便2D-Torus的拓扑的网络性能优于Mesh，但多数情况下2D-Torus拓扑并非是Walker星座的最佳选择。因为2D-Torus拓扑的平均路径跳数会更大，使得整网的路由代价增大。基于此，根据Walker星座参数和建链约束，Walker星座的静态星间网络拓扑更应该设计成Mobius拓扑结构。相对于2D-Torus拓扑，Mobius拓扑缩短了整网的平均路径跳数，降低了网络的路由代价。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有Walker星座的星间网络拓扑结构复杂度高、星间网络路由的路径长度和端到端时延较大。

(2)现有技术对Walker星座拓扑描述复杂度高、星间网络拓扑的能效低。

解决以上问题及缺陷的难度为：

(1)在设计Walker星座的过程中，卫星数目和轨道数等参数的变化，使得最优拓扑随网络规模变动，不利于Mobius星座拓扑构型的搭建。

(2)Walker星座内网络节点众多，即便存在建链约束，仍旧存在复杂的可建链选择，不利于拓扑的最优设计。

解决以上问题及缺陷的意义为：基于Mobius星座拓扑构型的卫星网络，其网络的平均端到端时延更低，这将降低网络的路由成本，提升卫星网络的信息承载能力。与此同时，随着卫星网络规模增加，最优设计的星间网络拓扑将带来巨大的性能增益，因此发明一种面向Walker星座的星间网络最优拓扑设计方法是必要的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法、系统及应用。

本发明是这样实现的，一种面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法，所述方法包括：

初始化Walker星座参数和卫星天线建链参数，并对所有卫星编号；

根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星的可建链集合；

在异轨可建链集合中寻找可以构建Mobius星座拓扑构型的建链方式，生成链路组合集合；

根据链路组合集合建立Walker星座的同轨和异轨星间链路，构造Mobius星座拓扑构型。

进一步，所述面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法的具体步骤如下：

(1)初始化需要设计的T/P/F Walker星座和卫星天线建链参数，其中星座参数包括：卫星总数T、轨道面数P、相位因子F、每轨道卫星数目

轨道高度h_s、轨道倾角κ，按照Walker星座的卫星位置对卫星进行编号，具体格式为Sij,i＝1,2,…,P，j＝1,2,…,S，其中Sij表示第i个轨道上的第j颗卫星，自西向东是轨道编号i增加的方向，卫星运动方向是每轨道上卫星编号j增加的方向；

(2)根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星可建链集合，即卫星Sij的同轨可建链集合

和异轨可建链集合

(2a)生成Walker中星座所有卫星的轨道信息；

(2b)对于

计算卫星Sij的同轨可建链集合

根据卫星Sij和其同轨相邻卫星Si(j mod S+1)、Si((j-2)mod S+1)的轨道信息和卫星天线建链参数，判断卫星Sij与卫星Si(j mod S+1)、Si((j-2)mod S+1)是否存在永久的星间链路：

若存在，则将卫星Sij的两颗同轨相邻卫星的编号(j mod S+1)和((j-2)mod S+1)放入卫星Sij的同轨可建链集合，即

若不存在，则卫星Sij的同轨可建链集合为空集，即

(2c)计算所有卫星的异轨可建链集合

根据卫星轨道信息和卫星天线建链阈值参数，对于

判断卫星Sij是否与其东侧相邻轨道上的卫星S(i mod P+1)j'存在永久的星间链路：

如果存在永久的星间链路，将其卫星编号归入卫星Sij的异轨可建链集合

如果都不存在永久的星间链路，卫星Sij的异轨可建链集合为空集，即

(3)在异轨可建链集合中寻找可以构建Mobius星座拓扑构型的建链方式，生成链路组合集合μ：

(3a)对于

判断是否存在卫星Sij的同轨可建链集合

或异轨可建链集合

为空集：

如果不存在，那么继续下面的步骤；

如果存在，则无法构造Mobius星座拓扑构型；

(3b)寻找合适的

和

的值，使其满足下式：

(3c)记录所有满足等式的m和n值组合，存入链路组合集合

若

则无法构建Walker星座的Mobius星座拓扑构型；

(4)根据链路组合集合μ，任意选择μ中的一个m和n组合，建立Walker星座的同轨链路和异轨链路，构造Mobius星座拓扑构型：

(4a)建立同轨链路：

每颗卫星与各自

中的两颗卫星建立双向的同轨链路，即卫星Sij前进方向上的卫星Si(j mod S+1)和反方向的卫星Si((j-2)mod S+1)；

(4b)建立异轨链路：

(4b1)对于

卫星Sij选择东侧相邻轨道上的卫星S(i+1)((j+m-2)mod S+1)建立双向异轨链路；

(4b2)对于i＝P,

卫星Sij选择东侧相邻轨道上的卫星S1((j+n-2)modS+1)建立双向异轨链路；

(4c)通过建立上述星间链路连接，完成Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造。

进一步，所述面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法中初始化卫星天线建链参数，包括：地球电离层高度，卫星天线的最大方位角变化角度，卫星天线的最大高低角变化角度，卫星天线的方位角变化的最大角速度，卫星天线的高低角变化的最大角速度，卫星相对运动速度的取值区间等影响建立永久星间链路的网络参数。

进一步，所述面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法中永久的星间链路，指的是两卫星之间的连接状态自始至终都满足建链的参数要求。

进一步，所述面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法中若

则无法构建Mobius星座，指的是无法从

和

找到合适的m和n值使得

成立，该情况无法构建Walker星座的Mobius星座拓扑构型结构。

进一步，所述面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法中建立异轨链路，实现如下：

(a)根据链路组合集合μ，任意选择μ中的一个m和n组合；

(b)第i,i∈{1,2,…,P-1}条轨道上的卫星Sij,j∈{1,2,…,S}，选择其东侧相邻的轨道(第i+1条轨道)上的卫星S(i+1)((j+m-2)mod S+1)建立双向异轨链路；

(c)第P条轨道上的卫星SPj,j∈{1,2,…,S}，选择其东侧相邻的轨道上的卫星S1((j+n-2)mod S+1)建立双向异轨链路。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述方法的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造系统，该系统包括：

网络参数初始化模块，用于初始化Walker星座参数和卫星天线建链参数，并对所有卫星编号；

可建链集合计算模块，用于根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星的可建链集合；

链路组合集合生成模块，用于在异轨可建链集合中选择最优的异轨建链卫星，生成链路组合集合；

Mobius星座拓扑构型构造模块，用于根据链路组合集合建立Walker星座的同轨和异轨星间链路，构造Mobius星座拓扑构型。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明基于Walker星座的网络参数和建链约束，提出一种星间网络的Mobius拓扑构造方法，能够有效的降低网络的平均路径跳数，提升网络性能。通过选择最优的异轨建链卫星构造Mobius星座拓扑构型，缩短了Walker星座的平均路径跳数，降低了网络的平均端到端时延，提升了Walker星座的网络性能。本发明给出了Walker星座在“一星四链”模式下最优的拓扑的结构，提升了Walker星座的性价比。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法流程图。

图2是本发明实施例提供的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的输入的60/6/1的Walker星座的示意图。

图4是本发明实施例提供的卫星S101与同轨相邻卫星的可建链时间窗结果示意图。

图5是本发明实施例提供的卫星S101与2轨道上卫星的可建链时间窗结果示意图。

图6是本发明实施例提供的所构造的Walker星座的Mobius星座拓扑构型示意图。

图7是本发明实施例提供的仿真网络平均路径跳数随每轨卫星数变化的示意图。

图8是本发明实施例提供的仿真网络平均路径跳数随星座轨道数变化的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法、系统及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法包括以下步骤：

S101：初始化Walker星座参数和卫星天线建链参数，并对所有卫星编号；

S102：根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星的可建链集合；

S103：在异轨可建链集合中寻找可以构建Mobius星座拓扑构型的建链方式，生成链路组合集合；

S104：根据链路组合集合建立Walker星座的同轨和异轨星间链路，构造Mobius星座拓扑构型。

本发明提供的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法，对于业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1仅仅是本发明提供的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法的一个具体实施例而已。

本发明提供的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法具体包括以下步骤：

(1)初始化需要设计的T/P/F Walker星座和卫星天线建链参数，其中星座参数包括：卫星总数T、轨道面数P、相位因子F、每轨道卫星数目

轨道高度h_s、轨道倾角κ，按照Walker星座的卫星位置对卫星进行编号，具体格式为Sij,i＝1,2,…,P，j＝1,2,…,S，其中Sij表示第i个轨道上的第j颗卫星，假设自西向东是轨道编号i增加的方向，卫星运动方向是每轨道上卫星编号j增加的方向；

(2)根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星可建链集合，即卫星Sij的同轨可建链集合

和异轨可建链集合

(2a)生成Walker中星座所有卫星的轨道信息，

(2b)对于

计算卫星Sij的同轨可建链集合

根据卫星Sij和其同轨相邻卫星Si(j mod S+1)、Si((j-2)mod S+1)的轨道信息和卫星天线建链参数，判断卫星Sij与卫星Si(j mod S+1)、Si((j-2)mod S+1)是否存在永久的星间链路：

若存在，则将卫星Sij的两颗同轨相邻卫星的编号(j mod S+1)和((j-2)mod S+1)放入卫星Sij的同轨可建链集合，即

若不存在，则卫星Sij的同轨可建链集合为空集，即

(2c)计算所有卫星的异轨可建链集合

根据卫星轨道信息和卫星天线建链阈值参数，对于

判断卫星Sij是否与其东侧相邻轨道上的卫星S(imodP+1)j'存在永久的星间链路：

如果存在永久的星间链路，将其卫星编号归入卫星Sij的异轨可建链集合

如果都不存在永久的星间链路，卫星Sij的异轨可建链集合为空集，即

(3)在异轨可建链集合中寻找可以构建Mobius星座拓扑构型的建链方式，生成链路组合集合μ：

(3a)对于

判断是否存在卫星Sij的同轨可建链集合

或异轨可建链集合

为空集：

如果不存在，那么继续下面的步骤；

如果存在，则无法构造Mobius星座拓扑构型；

(3b)寻找合适的

和

的值，使其满足下式：

(3c)记录所有满足等式的m和n值组合，存入链路组合集合

若

则无法构建Walker星座的Mobius星座拓扑构型；

(4)根据链路组合集合μ，任意选择μ中的一个m和n组合，建立Walker星座的同轨链路和异轨链路，构造Mobius星座拓扑构型：

(4a)建立同轨链路：

每颗卫星与各自

中的两颗卫星建立双向的同轨链路，即卫星Sij前进方向上的卫星Si(j mod S+1)和反方向的卫星Si((j-2)mod S+1)；

(4b)建立异轨链路：

(4b1)对于

卫星Sij选择东侧相邻轨道上的卫星S(i+1)((j+m-2)mod S+1)建立双向异轨链路；

(4b2)对于i＝P,

卫星Sij选择东侧相邻轨道上的卫星S1((j+n-2)modS+1)建立双向异轨链路；

(4c)通过建立上述星间链路连接，完成Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造。

本发明中初始化卫星天线建链参数，主要包括：地球电离层高度，卫星天线的最大方位角变化角度，卫星天线的最大高低角变化角度，卫星天线的方位角变化的最大角速度，卫星天线的高低角变化的最大角速度，卫星相对运动速度的取值区间等影响建立永久星间链路的网络参数。

本发明中永久的星间链路，指的是两卫星之间的连接状态自始至终都可以满足建链的参数要求。

本发明中若

则无法构建Mobius星座，指的是无法从

和

找到合适的m和n值使得

成立，该情况无法构建Walker星座的Mobius星座拓扑构型结构。

本发明中建立异轨链路，实现如下：

(a)根据链路组合集合μ，任意选择μ中的一个m和n组合；

(b)第i,i∈{1,2,…,P-1}条轨道上的卫星Sij,j∈{1,2,…,S}，选择其东侧相邻的轨道(第i+1条轨道)上的卫星S(i+1)((j+m-2)mod S+1)建立双向异轨链路；

(c)第P条轨道上的卫星SPj,j∈{1,2,…,S}，选择其东侧相邻的轨道(第1条轨道)上的卫星S1((j+n-2)mod S+1)建立双向异轨链路。

如图2所示，本发明提供的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造系统包括：

网络参数初始化模块1，用于初始化Walker星座参数和卫星天线建链参数，并对所有卫星编号；

可建链集合计算模块2，用于根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星的可建链集合；

链路组合集合生成模块3，用于在异轨可建链集合中选择最优的异轨建链卫星，生成链路组合集合；

Mobius星座拓扑构型构造模块4，用于根据链路组合集合建立Walker星座的同轨和异轨星间链路，构造Mobius星座拓扑构型。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

实施例1，基于60/6/1的Walker星座构造Mobius星座拓扑构型

本发明实例基于一个60/6/1的Walker星座，在星间建链约束下，寻找合适的建链卫星组合，构造Walker星座的Mobius星座拓扑构型。

步骤一，如图3所示，初始化Walker星座参数为：卫星总数T＝60、轨道面数P＝6、相位因子F＝1、每轨道卫星数目

轨道高度h＝2500km、轨道倾角κ＝53°，按照Walker星座的卫星位置对卫星进行编号，具体格式为Sij,i＝1,2,…,6，j＝01,02,…,10，其中Sij表示第i个轨道上的第j颗卫星，假设自西向东是轨道编号i增加的方向，卫星运动方向是每轨道上卫星编号j增加的方向，初始化卫星天线建链阈值参数包括：地球电离层高度、卫星天线的最大方位角变化角度、卫星天线的最大高低角变化角度、卫星天线的方位角变化的最大角速度、卫星天线的高低角变化的最大角速度、卫星相对运动速度的取值区间等影响建立永久星间链路的网络参数；

步骤二，根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星可建链集合，即卫星Sij的同轨可建链集合

和异轨可建链集合

2a)生成Walker中星座所有卫星的轨道信息，

2b)计算每颗卫星的同轨可建链集合：

2b1)计算卫星S101的同轨可建链集合

根据卫星的轨道信息，对卫星S101与卫星S102和S110的永久建链可行性分析，如图4所示，卫星S101与卫星S102和S110之间存在永久的星间链路，那么卫星S101的同轨可建链集合

2b2)按照2b1)的计算方法，计算其余59颗卫星各自的同轨可建链集合；

2c)计算所有卫星的异轨可建链集合：

通过STK软件对卫星S101进行可见性分析，假设所有可见的卫星都满足天线建链参数，那么如图5所示，在2轨道上同卫星S101可建立永久链路的卫星分别为：S210、S209、S208、S201，所以

同理可得其它卫星的异轨可建链集合；

步骤三，在异轨可建链集合中寻找可以构建Mobius星座拓扑构型的建链组合，生成链路组合集合μ：

3a)假设所有卫星的同轨可建链集合和异轨可建链集合都非空集；

3b)已知

对于

本发明给出所有m和n组合对应的(5(m-1)+n-1)mod10的值，如下表所示：

通过表格已知，满足(5(m-1)+n-1)mod10＝5的m和n组合为m＝10,n＝1和m＝8,n＝1，因此链路组合μ＝{(m,n)|(10,1),(8,1)}

步骤四，根据链路组合集合μ，选择m＝10,n＝1建立Walker星座的永久的同轨链路和异轨链路，构造Mobius星座拓扑构型，其星间网络拓扑如图6所示：

(4a)建立同轨链路：

每颗卫星与各自同轨可建链集合中的两颗卫星建立双向的同轨链路，即相同轨道上编号相邻的两颗卫星建链，例如图6中的S101与S102建链，S101与S110建链；

(4b)建立异轨链路：

(4b1)对于1,2,…,5轨道上的所有卫星Sij，选择其东侧相邻轨道上的卫星S(i+1)((j+8)mod10+1)建立双向异轨链路，如图6中的S507同S606建链；

(4b2)对于6轨道上的所有卫星S6j选择1轨道上的卫星S1((j-1)mod10+1)建立双向异轨链路，如图6中的S606与S106建链；

(4c)通过建立上述星间链路连接，完成Walker星座的Mobius星座拓扑构型的构造。

下面结合仿真对本发明的可以降低网络平均路径跳数的技术效果作详细的描述。

本仿真构建了轨道数P为{10,20,30,40,50,60,70,80,90,100}和每轨卫星数S为{10,20,30,40,50,60,70,80,90,100}的Walker星座的Mobius星座拓扑构型和2D-Torus星座拓扑构型拓扑。通过最短路径算法计算“All-to-All”下的流模型下的网络平均路径跳数。仿真结果分为两组：

第一组：固定轨道数为30和60，网络平均路径跳数随每轨卫星数发生变化，结果如图7所示。两种拓扑构型的平均路径跳数随着每轨卫星数增加而增大，但是Mobius拓扑的平均路径跳数总是低于相同规模2D-Torus拓扑的平均路径跳数。值得关注的是，随着每轨卫星数的增加，2D-Torus拓扑与Mobius拓扑的平均路径跳数的差距在逐渐增大。这说明Mobius拓扑缩短路由距离的优势随着Walker星座单轨卫星数的增加而加强。

第二组：固定每轨卫星数为30和60，网络平均路径跳数随轨道数发生变化，结果如图8所示。两种拓扑构型的平均路径跳数随着轨道数的增加而增大，但是Mobius拓扑的平均路径跳数总是低于相同规模2D-Torus拓扑的平均路径跳数。值得关注的是，随着轨道数的增加，2D-Torus拓扑与Mobius拓扑的平均路径跳数的差距在逐渐减小。这说明Mobius拓扑缩短路由距离的优势随着Walker星座单轨卫星数的增加而减弱，但依旧是优于2D-Torus拓扑。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法，其特征在于，所述方法包括：

初始化Walker星座参数和卫星天线建链参数，并对所有卫星编号；

根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星的可建链集合；

在异轨可建链集合中寻找可以构建Mobius星座拓扑构型的建链方式，生成链路组合集合；

根据链路组合集合建立Walker星座的同轨和异轨星间链路，构造Mobius星座拓扑构型；

所述方法的具体步骤如下：

(1)初始化需要设计的T/P/F Walker星座和卫星天线建链参数，其中星座参数包括：卫星总数T、轨道面数P、相位因子F、每轨道卫星数目

轨道高度h_s、轨道倾角κ，按照Walker星座的卫星位置对卫星进行编号，具体格式为Sij,i＝1,2,…,P，j＝1,2,…,S，其中Sij表示第i个轨道上的第j颗卫星，自西向东是轨道编号i增加的方向，卫星运动方向是每轨道上卫星编号j增加的方向；

(2)根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星可建链集合，即卫星Sij的同轨可建链集合

和异轨可建链集合

(2a)生成Walker中星座所有卫星的轨道信息；

(2b)对于

计算卫星Sij的同轨可建链集合

根据卫星Sij和其同轨相邻卫星Si(jmod S+1)、Si((j-2)mod S+1)的轨道信息和卫星天线建链参数，判断卫星Sij与卫星Si(jmod S+1)、Si((j-2)mod S+1)是否存在永久的星间链路：

若存在，则将卫星Sij的两颗同轨相邻卫星的编号(jmod S+1)和((j-2)mod S+1)放入卫星Sij的同轨可建链集合，即

若不存在，则卫星Sij的同轨可建链集合为空集，即

(2c)计算所有卫星的异轨可建链集合

根据卫星轨道信息和卫星天线建链阈值参数，对于

判断卫星Sij是否与其东侧相邻轨道上的卫星S(imod P+1)j'存在永久的星间链路：

如果存在永久的星间链路，将其卫星编号归入卫星Sij的异轨可建链集合

如果都不存在永久的星间链路，卫星Sij的异轨可建链集合为空集，即

(3)在异轨可建链集合中寻找可以构建Mobius星座拓扑构型的建链方式，生成链路组合集合μ：

(3a)对于

判断是否存在卫星Sij的同轨可建链集合

或异轨可建链集合

为空集：

如果不存在，那么继续下面的步骤；

如果存在，则无法构造Mobius星座拓扑构型；

(3b)寻找合适的

和

的值，使其满足下式：

(3c)记录所有满足等式的m和n值组合，存入链路组合集合

若

则无法构建Walker星座的Mobius星座拓扑构型；

(4)根据链路组合集合μ，任意选择μ中的一个m和n组合，建立Walker星座的同轨链路和异轨链路，构造Mobius星座拓扑构型：

(4a)建立同轨链路：

每颗卫星与各自

中的两颗卫星建立双向的同轨链路，即卫星Sij前进方向上的卫星Si(j mod S+1)和反方向的卫星Si((j-2)mod S+1)；

(4b)建立异轨链路：

(4b1)对于

卫星Sij选择东侧相邻轨道上的卫星S(i+1)((j+m-2)mod S+1)建立双向异轨链路；

(4b2)对于

卫星Sij选择东侧相邻轨道上的卫星S1((j+n-2)mod S+1)建立双向异轨链路；

(4c)通过建立上述星间链路连接，完成Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造。

2.如权利要求1所述的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法，其特征在于，所述(1)中卫星天线建链参数包括：地球电离层高度，卫星天线的最大方位角变化角度，卫星天线的最大高低角变化角度，卫星天线的方位角变化的最大角速度，卫星天线的高低角变化的最大角速度，卫星相对运动速度的取值区间影响建立永久星间链路的网络参数。

3.如权利要求1所述的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法，其特征在于，所述(2)中永久的星间链路，指的是两卫星之间的连接状态自始至终都满足建链的参数要求。

4.如权利要求1所述的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法，其特征在于，所述(2)中若

则无法构建Mobius星座，指的是无法从

和

找到合适的m和n值使得

成立，该情况无法构建Walker星座的Mobius星座拓扑构型结构。

5.如权利要求1所述的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造方法，其特征在于，所述(4)中建立异轨链路，实现如下：

(a)根据链路组合集合μ，任意选择μ中的一个m和n组合；

(b)第i,i∈{1,2,…,P-1}条轨道上的卫星Sij,j∈{1,2,…,S}，选择其东侧相邻的轨道(第i+1条轨道)上的卫星S(i+1)((j+m-2)mod S+1)建立双向异轨链路；

(c)第P条轨道上的卫星SPj,j∈{1,2,…,S}，选择其东侧相邻的轨道上的卫星S1((j+n-2)mod S+1)建立双向异轨链路。

6.一种实施权利要求1～5任意一项所述方法的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造系统，其特征在于，所述系统包括：

网络参数初始化模块，用于初始化Walker星座参数和卫星天线建链参数，并对所有卫星编号；

可建链集合计算模块，用于根据星座参数和建链约束，计算每颗卫星的可建链集合；

链路组合集合生成模块，用于在异轨可建链集合中选择最优的异轨建链卫星，生成链路组合集合；

Mobius星座拓扑构型构造模块，用于根据链路组合集合建立Walker星座的同轨和异轨星间链路，构造Mobius星座拓扑构型。

7.一种卫星网络通信系统，其特征在于，所述卫星网络通信系统搭载权利要求6所述的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造系统。

8.一种无线通信系统，其特征在于，所述无线通信系统搭载权利要求6所述的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造系统。

9.一种网络拓扑设计系统，其特征在于，所述网络拓扑设计系统搭载权利要求6所述的面向Walker星座的Mobius星座拓扑构型构造系统。

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