一种卫星通信指控终端智能切换方法及系统与流程

本发明涉及卫星通信，特别涉及一种卫星通信指控终端智能切换方法及系统。

背景技术：

1、卫星通信指控终端在执行指控任务过程中，可能因终端位置移动、目标卫星过境、地形遮蔽、电磁干扰等动态因素导致主用卫星链路质量下降甚至不可用，需要在多个候选卫星对应的通信链路之间进行切换以保障指控业务连续性。

2、现有技术中，卫星通信指控终端的链路切换多基于固定信号强度阈值触发，容易出现切换时机滞后导致业务中断、或因信号短时波动导致频繁切换增加信令开销的问题，因此，亟需一种能够融合态势预判、卫星可用性预测与多目标优化决策的卫星通信指控终端智能切换方法。

技术实现思路

1、本技术提供一种卫星通信指控终端智能切换方法及系统，能够在动态变化的环境和业务需求下，基于指控终端的预测运动轨迹和各候选卫星的可用性预测结果，前瞻性地做出链路切换决策，保障高优先级业务的连续性和通信质量。

2、为解决上述问题，本技术实施例提供了以下技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种卫星通信指控终端智能切换方法，该方法包括：获取指控终端的态势信息和当前指控任务的任务参数；态势信息用于指示链路质量、终端位姿与运动趋势、环境状况及业务需求；指示当前指控任务的优先级等级、通信带宽需求和通信时长要求；基于态势信息和任务参数，确定至少一个候选卫星以及至少一个候选卫星对应的可用性预测结果；可用性预测结果，用于指示各候选卫星在未来预设时间窗口内的可见时间窗口、持续覆盖时长及预期信号衰减程度；基于态势信息、卫星可用性预测结果，确定至少一个候选卫星对应的通信链路的综合评分；基于综合评分结果，以业务连续性和通信质量最优为目标，生成链路切换决策；根据链路切换决策，在指控终端保持当前业务不中断的条件下执行链路切换。

4、根据上述技术手段，本技术通过获取指控终端的态势信息与任务参数，并在未来预设时间窗口内对各候选卫星的可见时间窗口、持续覆盖时长及预期信号衰减程度进行预测，进而结合态势信息对各候选卫星对应的通信链路进行综合评分，前瞻性地生成链路切换决策，能够在动态变化的环境下提前识别主用链路质量下降风险，有效避免切换时机滞后导致的业务中断，并在切换过程中保持当前业务不中断，从而提升高优先级指控业务的通信保障能力。

5、在一种可能的实现方式中，终端位姿与运动趋势，包括：指控终端的位置信息、运动速度和运动方向；环境状况，包括：地形遮蔽特征；基于态势信息和任务参数，确定至少一个候选卫星以及至少一个候选卫星对应的可用性预测结果，包括：基于指控终端的位置信息、运动速度、运动方向以及通信时长要求，确定指控终端在未来预设时间窗口内的预测运动轨迹；基于预测运动轨迹和初始卫星的星历信息，确定至少一个候选卫星相对于指控终端的仰角序列和方位角序列；基于地形遮蔽特征，从初始卫星中确定至少一个候选卫星；基于至少一个候选卫星的星历信息和预测运动轨迹，确定至少一个候选卫星相对于指控终端在未来预设时间窗口内的可见时间窗口起始时刻、结束时刻、持续覆盖时长及路径损耗；基于至少一个候选卫星相对于指控终端在未来预设时间窗口内的可见时间窗口起始时刻、结束时刻、持续覆盖时长及路径损耗，确定可用性预测结果。

6、根据上述技术手段，本技术通过将指控终端的预测运动轨迹与候选卫星的星历信息进行时序对齐，仿真得到各候选卫星在未来时间窗口内相对于指控终端的可见时间窗口、持续覆盖时长及路径损耗，使可用性预测结果能够反映终端移动过程中卫星可见性的动态变化，避免基于固定位置预测导致的可见性偏差，有效提升链路切换时机判断的准确性。

7、在一种可能的实现方式中，链路质量包括：至少一个候选卫星对应的通信链路的信号强度、信噪比、误码率和链路时延；环境状况还包括：电磁干扰强度；业务需求包括：业务类型及服务质量需求等级；基于态势信息、卫星可用性预测结果，确定至少一个候选卫星对应的通信链路的综合评分，包括：基于至少一个候选卫星对应的通信链路的信号强度、信噪比、误码率和链路时延，确定至少一个候选卫星的链路质量评分；基于卫星可用性预测结果，确定至少一个候选卫星的链路可用时长评分；基于电磁干扰强度，确定至少一个候选卫星的抗干扰能力评分；基于业务类型及服务质量需求等级，确定至少一个候选卫星的业务适配性评分；基于至少一个候选卫星的链路质量评分、链路可用时长评分、抗干扰能力评分和业务适配性评分，确定至少一个候选卫星对应的通信链路的综合评分。

8、根据上述技术手段，本技术将链路评分拆解为链路质量、链路可用时长、抗干扰能力、业务适配性四个维度，使评分结果能够同时反映候选卫星链路的当前质量、未来可用性、对当前电磁环境的鲁棒性以及对业务需求的匹配程度，避免单一维度评分对链路整体保障能力的片面反映，有效提升链路选择的全面性和业务匹配度。

9、在一种可能的实现方式中，基于至少一个候选卫星的链路质量评分、链路可用时长评分、抗干扰能力评分和业务适配性评分，确定至少一个候选卫星对应的通信链路的综合评分，包括：构建多目标优化函数，将链路质量评分、链路可用时长评分、抗干扰能力评分和业务适配性评分作为输入变量，以链路切换频率最小化和业务中断概率最小化为优化目标；根据多目标优化函数和动态权重系数，计算得到各候选卫星的综合评分值；动态权重系数，是根据任务参数所指示的当前指控任务的优先级等级和业务需求所指示的业务类型动态确定的，动态权重系数与任务参数和业务需求的对应关系为：当业务类型为指控指令业务时，业务适配性评分对应的权重系数取值最大；当任务参数所指示的优先级等级高于预设等级阈值时，链路质量评分和链路可用时长评分对应的权重系数随时间推移动态增大，且增大幅度与指控终端的预测运动轨迹中的累计运动距离正相关；当环境状况所指示的电磁干扰强度高于预设强度阈值时，抗干扰能力评分对应的权重系数增大。

10、根据上述技术手段，本技术通过多目标优化函数将链路切换频率和业务中断概率作为联合优化目标，并依据业务类型、任务优先级、终端运动状态和电磁环境动态调整各维度评分对应的权重系数，使综合评分在指控指令业务场景下优先保障业务适配性，在高优先级高动态场景下强化链路质量与可用时长的约束权重，在强电磁干扰场景下强化抗干扰约束权重，从而在多变的战场环境下动态适配最优链路选择策略，提升链路切换决策对复杂环境的自适应能力。

11、在一种可能的实现方式中，基于综合评分结果，以业务连续性和通信质量最优为目标，生成链路切换决策，包括：获取各候选卫星对应的通信链路的综合评分，并从高到低排序；确定当前主用链路对应的综合评分排名，根据综合评分排名确定目标链路；其中，当排名第一的候选卫星对应的通信链路与当前主用链路不同时，计算从当前主用链路切换至排名第一的候选卫星对应通信链路的切换代价；切换代价至少包括切换时延、信令开销和频率资源占用；基于排名第一的候选卫星对应的通信链路的综合评分与当前主用链路对应的综合评分之间的综合评分差值，结合切换代价，确定切换收益；当切换收益大于预设切换门限时，将排名第一的候选卫星对应的通信链路确定为目标链路，生成切换至目标链路的切换决策。

12、根据上述技术手段，本技术通过在切换决策中引入切换代价与切换收益的对比机制，将综合评分差值与切换代价共同纳入决策依据，能够避免因链路评分短时波动导致频繁切换，也能够在主用链路评分大幅下降时及时触发切换，从而在保障业务连续性的同时降低不必要的切换开销，提升链路切换决策的稳定性与经济性。

13、在一种可能的实现方式中，切换代价还包括：切换前后的卫星轨道类型是否相同的指示信息；当切换前后的卫星轨道类型不同时，切换代价高于同轨道类型切换的切换代价；切换收益为综合评分差值减去切换代价的归一化值；预设切换门限，是当业务类型为指控指令业务时，预设切换门限高于非指控指令业务的门限值。

14、根据上述技术手段，本技术通过在切换代价中纳入卫星轨道类型差异，使跨轨道类型切换的代价高于同轨道类型切换，从而避免在链路评分接近时频繁触发跨轨道切换；通过将切换收益归一化以使评分差值与切换代价可比，并针对指控指令业务设置更高的切换门限，使指控指令业务场景下的切换决策更趋谨慎，避免短时评分波动导致高优先级任务链路发生频繁切换。

15、在一种可能的实现方式中，方法，还包括：当业务需求所指示的通信带宽需求超过综合评分最高的候选卫星对应的通信链路所能提供的带宽时，基于可用性预测结果所指示的各候选卫星的持续覆盖时长和预期信号衰减程度，从至少一个候选卫星中选取至少两条通信链路作为聚合链路集合；其中聚合链路集合中各链路在未来预设时间窗口内的持续覆盖时长的重叠时间段不低于预设时长阈值，且各链路的总可用带宽不低于通信带宽需求；获取聚合链路集合中各链路在重叠时间段内的实时带宽、时延、丢包率以及预期信号衰减趋势；基于实时带宽、时延、丢包率和预期信号衰减趋势，确定各链路在重叠时间段内各时刻的动态分流权重；预期信号衰减趋势用于指示：当某链路在未来时刻的预期信号衰减程度超过预设衰减门限时，该链路在对应未来时刻的动态分流权重降低；基于各时刻对应的动态分流权重，将业务数据分配至聚合链路集合中的各链路并行传输；当聚合链路集合中的任一链路在重叠时间段内发生链路质量恶化或即将超出其持续覆盖时长时，基于可用性预测结果中的剩余候选卫星更新聚合链路集合，在更新后的聚合链路集合中重新确定动态分流权重，并在不中断业务传输的条件下完成链路的动态加入或退出。

16、根据上述技术手段，本技术通过在单链路带宽不足时基于可用性预测结果动态构建聚合链路集合，并依据各链路的实时质量与预期衰减趋势动态调整各时刻的分流权重，使聚合传输在覆盖重叠时段内能够稳定提供所需总带宽；当任一链路质量恶化或即将超出覆盖时长时，基于剩余候选卫星动态更新聚合集合并重新分配权重，使聚合链路能够在不中断业务的前提下完成链路的动态加入或退出，从而有效保障高带宽需求业务的连续性和传输质量。

17、在一种可能的实现方式中，根据链路切换决策，在指控终端保持当前业务不中断的条件下执行链路切换，包括：获取链路切换决策中指示的目标链路标识，根据目标链路标识向目标链路对应的目标卫星发起链路建立请求；在目标链路与当前主用链路之间同步当前业务的上下文信息，上下文信息至少包括当前会话的ip地址映射关系、传输层连接状态、数据包序列号及应用层会话状态；待目标链路建立完成且上下文信息同步完成后，将业务流量从当前主用链路切换至目标链路；切换完成后释放当前主用链路占用的通信资源。

18、根据上述技术手段，本技术通过预先建立目标链路并在切换前同步业务的ip地址映射关系、传输层连接状态、数据包序列号及应用层会话状态等多层上下文信息，确保在目标链路建立完成且上下文同步完成后业务流量切换时，应用层会话保持连续、传输层连接无中断、数据包无丢失，从而在链路切换过程中实现业务不中断的平滑过渡。

19、第二方面，本技术提供一种卫星通信指控终端智能切换系统，系统包括：态势感知模块，配置为获取指控终端的态势信息和当前指控任务的任务参数；态势信息用于指示链路质量、终端位姿与运动趋势、环境状况及业务需求；指示当前指控任务的优先级等级、通信带宽需求和通信时长要求；卫星可用性预测模块，配置为基于态势信息和任务参数，确定至少一个候选卫星以及至少一个候选卫星对应的可用性预测结果；可用性预测结果，用于指示各候选卫星在未来预设时间窗口内的可见时间窗口、持续覆盖时长及预期信号衰减程度；链路综合评估模块，配置为基于态势信息、卫星可用性预测结果，确定至少一个候选卫星对应的通信链路的综合评分；切换决策模块，配置为基于综合评分结果，以业务连续性和通信质量最优为目标，生成链路切换决策；切换执行模块，配置为根据链路切换决策，在指控终端保持当前业务不中断的条件下执行链路切换。

20、本技术实施例提供的卫星通信指控终端智能切换系统，用于执行上述第一方面提供的卫星通信指控终端智能切换方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

21、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括：处理器和存储器；存储器存储有处理器可执行的指令，处理器被配置为执行指令时，使得电子设备实现如上述第一方面提供的方法。

22、第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，当计算机可读存储介质中存储的计算机执行指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备执行如上述第一方面提供的方法。

23、本技术实施例提供的电子设备和计算机可读存储介质，用于执行上述第一方面提供的卫星通信指控终端智能切换方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

24、由此，本技术的上述技术特征具有以下有益效果：

25、（1）本技术通过获取指控终端的态势信息与任务参数，并在未来预设时间窗口内对各候选卫星的可见性进行预测，前瞻性地做出链路切换决策，能够在动态变化的环境下提前识别主用链路质量下降风险，有效避免切换时机滞后导致的业务中断，提升高优先级指控业务的通信保障能力。

26、（2）本技术将链路评分拆解为链路质量、链路可用时长、抗干扰能力、业务适配性四个维度，并通过多目标优化函数与动态权重机制，使综合评分能够依据业务类型、任务优先级、终端运动状态和电磁环境动态适配，从而在多变的战场环境下选择最适配当前态势的链路。

27、（3）本技术在切换决策中引入切换代价与切换收益的对比机制，并针对指控指令业务设置更高的切换门限，避免短时评分波动导致高优先级任务链路发生频繁切换，从而在保障业务连续性的同时降低不必要的切换开销。

28、（4）本技术在单链路带宽不足时基于可用性预测结果动态构建聚合链路集合，并依据各链路的实时质量与预期衰减趋势动态调整分流权重，使聚合传输在覆盖重叠时段内能够稳定提供所需总带宽，并在链路恶化时基于剩余候选卫星动态更新聚合集合，实现不中断业务的链路动态加入或退出。

29、（5）本技术通过在切换前预先建立目标链路并同步多层上下文信息，使业务流量切换时应用层会话保持连续、传输层连接无中断、数据包无丢失。

30、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的本技术文件中所特别指出的结构来实现和获得。

31、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。