具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。

参照图1，图1为5G核心网与低轨卫星的通信场景示意图，卫星终端通过接入卫星和星间转发连接到数据网络，此处的卫星是具有星上处理能力的。高速运动的卫星很容易导致本来连接的通信链路变为中断，从而导致原本可达的卫星或者卫星终端变为不可达。所以找到稳定的可以通信时间长的路由非常重要。

参照图2，在低轨卫星中，由于卫星的高速运动，为了保持数据传输的连续性，需要频繁的进行切换，那么怎么去减少切换的次数以及切换的适合找到最合适的卫星都是很重要的，而这些方法都需要用到卫星的实时位置。然而由于低轨卫星的星座设计中，为了达到全球覆盖的目的，一般会有比较多的卫星。图2表示的是卫星在轨道平面中的位置，卫星的轨道平面是一个椭圆，如果要计算卫星的位置的话，需要用到卫星星历数据或者卫星历书数据。

另外，如图3所示，可以将卫星分为同轨卫星和异轨卫星，其中，如图3所示，A1-A7为同轨卫星，B1-B9为同轨卫星，而A1-A8和B1-B9为异轨卫星。同轨卫星之间由于距离相对是固定的，也就是说因为高速运动所带来的的通信中断是不存在的。而异轨卫星之间的距离是时变的，从而导致通信状态不稳定。比如在t0时刻A1和B2之间是可以通信的，而经过一段时间后，他们之间就变成了不能进行通信的状态。而要选择的路由需要通信状态是稳定的，也就是通信链路维持的时间越长越好；同时，也需要考虑卫星的负载均衡。

基于此，参照图4，本发明实施例提出一种基于5G核心网的低轨卫星的路由方法，包括：

S1.根据卫星星历数据和/或卫星历书数据，计算得到卫星位置；

S2.根据卫星终端的位置和卫星位置，计算得到第一卫星列表，第一卫星列表包括卫星终端可视范围内的所有卫星；

S3.根据5G核心网的位置和卫星位置，计算得到第二卫星列表，第二卫星列表包括5G 核心网可视范围内的所有卫星；

S4.通过广度优先算法，获取从第一卫星列表到第二卫星列表的所有可行路径；

S5.根据目标路径上所有卫星的容量，计算得到容量矩阵，目标路径为所有可行路径中的任意一条路径；

S6.根据目标路径上各个卫星之间的距离，计算得到距离矩阵；

S7.根据所有可行路径上各个卫星的速度，计算得到速度矩阵；

S8.根据容量矩阵、距离矩阵和速度矩阵，从所有可行路径中获取最佳路由。

本实施例中，只需要获取卫星终端的位置，并用卫星星历数据和/或卫星历书数据，获取所有卫星位置，再根据所有卫星位置、卫星终端位置和5G核心网位置进行相应计算，就可以得出从5G核心网到卫星终端的最佳路由，卫星不需要在星间进行消息转发去找路由，大大得降低了星上资源开销，并且降低了传输时延，这对于星上资源的节省以及链路时延的降低具有很大的意义。

本实施例中，卫星终端的位置信息包括timestamp、latitude、longitude、altitude、vx、 vy和vz等，具体地可参照表1，存储在UDM中的卫星终端的历史位置数据可由UDM转存到数据库里。

表1卫星终端位置信息示意表

关于步骤S1，也就是根据卫星星历数据和/或卫星历书数据，计算得到卫星位置这一步骤，本实施例中，根据所有卫星星历数据和/或卫星历书数据，计算得到当前时刻所有卫星位置；如表2所示的为卫星历书数据，卫星历书是简略的轨道参数，有效期会比较长，一般为半年，表3所示的卫星星历数据是在表2所示的参数的基础上增添更多的参数，即为详细的卫星轨道参数，有效期只有4小时。

表2卫星历书数据

表3卫星星历数据

本实施例中，根据所有卫星星历数据和/或卫星历书数据，计算得到当前时刻所有卫星的位置之后，执行步骤S2，也就是根据卫星终端的位置和卫星位置，计算得到第一卫星列表，这一步骤，包括：

S201.计算第一距离，第一距离为卫星位置距离卫星终端的位置的距离；

S202.将第一距离与第一预设门限值进行比较；

S203.筛选出第一目标卫星并构建成第一卫星列表，第一目标卫星为第一距离小于第一预设门限值时对应的卫星。

本实施例中，第一卫星列表包括卫星终端可视范围内的所有卫星，通过卫星位置和卫星终端的位置，可计算出离卫星终端距离小于门限值D1的所有卫星，也就是卫星终端可视范围内的所有卫星，进而得到第一卫星列表。

同样地，步骤S3，也就是根据5G核心网的位置和卫星位置，计算得到第二卫星列表这一步骤，包括：

S301.计算第二距离，第二距离为卫星位置距离5G核心网的位置的距离；

S302.将第二距离与第二预设门限值进行比较；

S303.筛选出第二目标卫星并构建成第二卫星列表，第二目标卫星为第二距离小于第二预设门限值时对应的卫星。

本实施例中，第二卫星列表包括5G核心网可视范围内的所有卫星，通过卫星位置和5G 核心网的位置，可计算出离5G核心网距离小于门限值D2的所有卫星，也就是5G核心网可视范围内的所有卫星，进而得到第二卫星列表。

本实施例中，步骤S4，也就是通过广度优先算法，获取从第一卫星列表到第二卫星列表的所有可行路径这一步骤，包括：

S401.构建卫星关系矩阵，并记为A，式中，a_ij表示的是第i颗卫星与第j颗卫星的可达性，不可达的卫星之间的关系值为10000，卫星自身的互通状态为不可达，同轨且可达的卫星的关系值为1，异轨且可达的关系值为10；

S402.根据卫星关系矩阵，通过广度优先算法，计算得到从第一卫星列表到第二卫星列表的所有可行路径。

本实施例中，假定有N个卫星轨道，那么可以得到N卫星轨道表，其中有卫星的IP和卫星的星历数据。接然后经过计算，找出每个卫星最近的M颗星，M＝总的卫星数/允许的跳数。对于IP为17.20.1.11的卫星有两颗同轨卫星和两颗异轨卫星，假设一共有N颗卫星，那么可以得到相应的关系矩阵A，式中，a_ij表示的是第i颗卫星与第j颗卫星的可达性，不可达的卫星之间的关系值为10000，卫星自身与自身的互通状态为不可达，同轨且可达的卫星的关系值为1，异轨且可达的关系值为10；通过关系矩阵A，通过广度优先算法，可以计算得到从第一卫星列表到第二卫星列表的所有可行路径。

本实施例中，步骤S5，也就是根据目标路径上所有卫星的容量，计算得到容量矩阵这一步骤，包括：

S501.获取目标路径上各个卫星的用户数及各个卫星的最大可容纳用户数；

S502.根据目标路径上各个卫星的用户数及各个卫星的最大可容纳用户数，计算得到容量矩阵。

本实施例中，需要考虑所有可行路径上所有卫星的容量，进一步得到容量矩阵为B＝[b₁ b₂ … b_i … b_N]；其中，b_i＝卫星用户数/卫星的最大可容纳用户数。

本实施例中，步骤S6，也就是根据目标路径上各个卫星之间的距离，计算得到距离矩阵这一步骤，包括：

S601.确定目标路径上的源卫星和目的卫星；

S602.计算源卫星与目的卫星之间的距离；

S603.获取源卫星与目的卫星之间的最大可通信距离；

S604.根据源卫星与目的卫星之间的距离和最大可通信距离，计算得到距离矩阵。

本实施例中，对于所有可行路径的每一天路径，先确定该路径上的源卫星和目的卫星，比如，其中一条可行路径为卫星终端－卫星1－卫星2－卫星4－5G核心网，则对于卫星终端－卫星1来说，卫星终端为源卫星，卫星1为目的卫星；对于卫星1－卫星2来说，卫星1为源卫星，卫星2为目的卫星；对于卫星2－卫星4来说，卫星2为源卫星，卫星4为目的卫星；卫星4－5G核心网来说，卫星4为源卫星，5G核心网为目的卫星；确定了源卫星和目的卫星之后，进一步计算源卫星与目的卫星之间的距离和获取源卫星与目的卫星之间的最大可通信距离，进而可以计算得到距离矩阵为D＝[d₁ d₂ … d_i … d_N]，其中， d_i＝源卫星与目的卫星之间的距离/源卫星与目的卫星之间的最大可通信距离。

本实施例中，步骤S7，也就是根据所有可行路径上各个卫星的速度，计算得到速度矩阵这一步骤，包括：

S701.确定目标卫星，目标卫星为所有可行路径上任意一个卫星；

S702.计算第一数据组，第一数据组包括所有第一卫星与目标卫星的速度差值绝对值，第一卫星为目标卫星所在可行路径上除目标卫星以外的所有卫星；

S703.从第一数据组中选取最大速度差值绝对值；

S704.根据目标卫星速度、第一卫星速度和最大速度差值绝对值，计算得到速度矩阵。

本实施例中，当第一卫星的运动速度与目标卫星的运动速度的运动方向相同时，计算相对速度矩阵为V＝[V₁₂ V₁₃ … V_ij … V_NN]，其中，V_ij＝|V_i-V_j|/V_max，|V_i-V_j|表示第一卫星的运动速度与目标卫星的运动速度差值的绝对值，V_max表示最大速度差值绝对值；当第一卫星的运动速度与第二卫星的运动速度的运动方向相反时，V_ij＝10*|V_i-V_j|/V_max(V_i,V_j)，同样地，|V_i-V_j|表示第一卫星的运动速度与第二卫星的运动速度差值的绝对值，V_max表示最大速度差值绝对值。

具体地，比如所有可行路径中存在路径1：卫星终端－卫星1－卫星2－卫星4－5G核心网和和路径2：卫星终端－卫星1－卫星2－卫星5－5G核心网；选取卫星1为目标卫星，则在路径1上，卫星2和卫星4均为第一卫星，先分别计算路径1上卫星2与卫星1的的速度差值绝对值和卫星4与卫星1的的速度差值绝对值；然后计算路径2上卫星2与卫星1的的速度差值绝对值和卫星5与卫星1的的速度差值绝对值，将路径1上卫星2与卫星1的的速度差值绝对值和卫星4与卫星1的的速度差值绝对值，及路径2上卫星2与卫星1的的速度差值绝对值和卫星5与卫星1的的速度差值绝对值都放到第一数据组中，对第一数据组中的数值进行比较，选出最大速度差值绝对值；比如，在第一数据组中，卫星5与卫星1的的速度差值绝对值最大，则V_max取值为卫星5与卫星1的的速度差值绝对值；此时，计算路径1 上卫星2与卫星1的相对速度，即V₂₁＝|V₂-V₁|/V_max，同样地，路径1上卫星4与卫星1的相对速度计算公式为V₄₁＝|V₄-V₁|/V_max，同样地，路径2上卫星2与卫星1的相对速度计算公式为V₂₁＝|V₂-V₁|/V_max，路径2上卫星5与卫星1的相对速度计算公式为V₅₁＝|V₅-V₁|/V_max。

本实施例中，步骤S8，计算得到容量矩阵、距离矩阵和速度矩阵后，根据计算得到的容量矩阵、距离矩阵和速度矩阵，从所有可行路径中获取最佳路由。具体地，将步骤S4计算得到的所有可行路径乘上与之对应的容量矩阵中的相关系数、距离矩阵中的相关系数以及速度矩阵里的相关系数；再找出最小值对应的路径则为最佳路由。

本发明实施例基于5G核心网的低轨卫星的路由方法具有以下技术效果：

本发明实施例根据卫星星历数据和/或卫星历书数据，计算得到卫星位置；根据卫星终端的位置和卫星位置，计算得到第一卫星列表；根据5G核心网的位置和卫星位置，计算得到第二卫星列表；通过广度优先算法，获取从第一卫星列表到第二卫星列表的所有可行路径；然后计算得到容量矩阵、距离矩阵和速度矩阵；最后根据容量矩阵、距离矩阵和速度矩阵，能够从所有可行路径中获取最佳路由；本发明卫星不需要在星间进行消息转发去找路由，大大得降低了星上资源开销，降低了传输时延，大大提高系统的传输性能，从而提高了数据传输效率；这对于星上资源的节省以及链路时延的降低具有重大的意义。

本发明实施例还提供了一种基于5G核心网的低轨卫星的路由系统，包括：

第一计算模块，用于根据卫星星历数据和/或卫星历书数据，计算得到卫星位置；

第二计算模块，用于根据卫星终端的位置和卫星位置，计算得到第一卫星列表，第一卫星列表包括卫星终端可视范围内的所有卫星；

第三计算模块，用于根据5G核心网的位置和卫星位置，计算得到第二卫星列表，第二卫星列表包括5G核心网可视范围内的所有卫星；

第四计算模块，用于通过广度优先算法，获取从第一卫星列表到第二卫星列表的所有可行路径；

第五计算模块，用于根据目标路径上所有卫星的容量，计算得到容量矩阵，目标路径为所有可行路径中的任意一条路径；

第六计算模块，用于根据目标路径上各个卫星之间的距离，计算得到距离矩阵；

第七计算模块，用于根据所有可行路径上各个卫星的速度，计算得到速度矩阵；

获取模块，用于根据容量矩阵、距离矩阵和速度矩阵，从所有可行路径中获取最佳路由。

图4所示的方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与图4所示的方法实施例相同，并且达到的有益效果与图4所示的方法实施例所达到的有益效果也相同。

参照图5，本发明实施例还提供了一种基于5G核心网的低轨卫星的路由装置200，具体包括：

至少一个处理器210；

至少一个存储器220，用于存储至少一个程序；

当至少一个程序被至少一个处理器210执行，使得至少一个处理器210实现如图4所示的方法。

其中，存储器220作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。存储器220可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器220可选包括相对于处理器210远程设置的远程存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器210。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

可以理解到，图5中示出的装置结构并不构成对装置200的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图5所示的装置200中，处理器210可以调取存储器220中储存的程序，并执行但不限于图4所示实施例的步骤。

以上所描述的装置200实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现实施例的目的。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有处理器可执行的程序，处理器可执行的程序在被处理器执行时用于实现如图4所示的方法。

本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图4所示的方法。

可以理解的是，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据) 的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD) 或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。