1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)是地面通信系統(tǒng)的延伸和補充，主要為偏遠地區(qū)人群及有特殊通信需要的人群提供通信服務。其中，該系統(tǒng)中能夠實現(xiàn)星間通信和星上處理的低軌衛(wèi)星星座網(wǎng)絡系統(tǒng)，以全球無縫覆蓋、傳播延時低、低功耗、對地面設施依賴小等優(yōu)點而成為當前的研究熱點。在實際網(wǎng)絡系統(tǒng)中從運營商的角度出發(fā)，用最少網(wǎng)絡資源最大程度地滿足用戶任務需求是其追求的目標。由于衛(wèi)星一經(jīng)發(fā)射很難在軌升級，因此，應該合理規(guī)劃低軌衛(wèi)星星座網(wǎng)絡的拓撲結構及鏈路帶寬，從而實現(xiàn)在保證使用較少的

2、鏈路帶寬前提下，使之能最大程度地滿足用戶任務的需求，同時又不會造成網(wǎng)絡帶寬資源的浪費；此外，衛(wèi)星數(shù)目多、投資大、衛(wèi)星發(fā)射周期長導致低軌衛(wèi)星星座網(wǎng)絡建設涉及多個階段，因此，還應該合理規(guī)劃低軌衛(wèi)星星座網(wǎng)絡的建設過程，使得用戶在建設過程中能體驗到延時更低的信息中繼服務。然而，低軌衛(wèi)星高速轉動導致星地鏈路與星間鏈路頻繁切換，為其動態(tài)拓撲配置、鏈路容量優(yōu)化及建設過程優(yōu)化帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。
　　當前，國內(nèi)外主要研究機構針對多階段建設的低軌衛(wèi)星

3、星座網(wǎng)絡進行了大量研究，然而仍存在許多需要解決的問題：1）星載通信終端受限而可視衛(wèi)星數(shù)目有余，需要根據(jù)可視衛(wèi)星動態(tài)配置合適的拓撲結構；2）拓撲設計、路由及鏈路帶寬分配三個子問題之間相互耦合，如何協(xié)調處理三個耦合的子問題來降低鏈路帶寬需求量；3）在完成拓撲結構及鏈路容量的規(guī)劃后，多階段的低軌衛(wèi)星星座網(wǎng)絡應該如何一步一步建成。因此，針對上述問題和要求，本論文做的主要研究內(nèi)容包括如下：
　　1、衛(wèi)星星座網(wǎng)絡拓撲結構優(yōu)化
　　衛(wèi)星的

4、可視衛(wèi)星數(shù)目通常多于星載通信終端數(shù)目，那么如何分配衛(wèi)星上有限的星載通信終端，選擇合適的可視衛(wèi)星建立星間鏈路，是研究的一大難點和熱點。為此，本論文提出基于完美匹配模型的鏈路分配方案（Link Assignment Scheme based on Perfect Match Model，LAS-PMM），它把鏈路分配轉換成混合完全二部圖的一個完美匹配問題。在該方案中，混合完全二部圖的完美匹配可以保證衛(wèi)星上所有通信終端都能用來建立星間鏈路。通

5、過對典型的Next-generation LEO System（NeLS）衛(wèi)星星座網(wǎng)絡建立仿真實驗，其實驗結果表明，相比于規(guī)則鏈路分配方案的網(wǎng)絡拓撲，LAS-PMM網(wǎng)絡拓撲的平均點到點延時降低了9.25%。
　　2、衛(wèi)星星座網(wǎng)絡鏈路容量優(yōu)化
　　每顆衛(wèi)星需要根據(jù)它的可視衛(wèi)星集合動態(tài)的建立和拆除星間鏈路。不同的鏈路分配方案會導致不同的網(wǎng)絡拓撲，從而產(chǎn)生不同的路由及帶寬分配結果，即拓撲設計、路由及鏈路帶寬分配三個子問題之間相互耦

6、合，并且它們影響衛(wèi)星星座網(wǎng)絡的部署成本和運行維護成本。為此，本論文提出的LAS-PMM用于設計合理的網(wǎng)絡拓撲，使得用戶請求的路由更短，從而相應的減少了鏈路帶寬需求量。通過對NeLS衛(wèi)星星座網(wǎng)絡建立仿真實驗，其實驗結果相比于規(guī)則鏈路分配方案的網(wǎng)絡拓撲，LAS-PMM網(wǎng)絡拓撲服務請求的鏈路帶寬需求降低了24.8%。
　　3、衛(wèi)星星座網(wǎng)絡建設過程優(yōu)化
　　低軌衛(wèi)星星座網(wǎng)絡的建設涉及多個階段，在其部署過程中，在軌衛(wèi)星可以通過存儲-攜

7、帶-轉發(fā)的機制為用戶提供中繼式的信息服務。衛(wèi)星一經(jīng)發(fā)射很難在軌升級星上存儲，并且這種存儲-攜帶-轉發(fā)的機制會在衛(wèi)星星座網(wǎng)絡的部署過程中導致較大的端到端延時。為了解決大延時問題，本論文提出了在衛(wèi)星星座網(wǎng)絡建設的每個階段，基于最小間隙標準差的異軌一箭多星方法，把運載火箭發(fā)射的多顆衛(wèi)星注入到不同軌道平面上的合適位置，從而降低用戶的端到端延時，且減小星上存儲的需求。此外，本論文進一步分析了異軌一箭多星方法所需要的燃料成本和時間部署成本。通過Gl