一种卫星数据传输方法及相关组件

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种卫星数据传输方法及相关组件。


背景技术：

2.随着卫星软硬件平台的高速发展，利用空间观测卫星执行地球观测任务得到了业界的广泛关注。新兴的空间观测卫星通常搭载有各类高清晰度的传感器，能够在近地轨道上观测地表和大气层的各类气象、环境等信息。空间观测卫星每天都会产生大量的卫星数据，这些数据需要被推送到地面的控制与数据中心做进一步的特征提取与分析，最终应用于环境监测、灾害预警和气象预测等重要场景中。在灾害响应和气象预警等场景下，卫星数据具有较强的时效性，是天地一体化信息网络中的地球观测任务所面临的重要问题。
3.现有卫星数据传输方法，依照其技术路线主要可分为三类：(1)基于分布式地面站网络的数据传输方法；(2)基于地面静止轨道的数据转发中继卫星的传输方法；(3)基于分布式地面站和低轨卫星网络相结合的数据传输方法。第一种传输方法每次能够传输的数据量有限，数据传输效率低。第二种传输方法的传输路径的带宽受限且延迟较大，难以实现高效率的数据传输。第三种传输方法的数据传输易受频繁星地切换的影响，并且多个相邻观测卫星同时传输数据时容易发生堵塞，从而导致卫星数据传输的延迟仍然较高。
4.因此，如何提供一种卫星数据传输方法及系统，将空间观测卫星上采集到的大数据，进行高效、及时的下载，提高卫星数据获取的时效性，成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种卫星数据传输方法及相关组件，用以解决现有技术中卫星数据传输效率低、延迟较高的缺陷，根据网络拓扑和多个空间观测卫星对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输，能够将空间观测卫星上采集到的大数据，进行高效、及时的下载，提高卫星数据获取的时效性。
6.本发明提供一种卫星数据传输方法，应用于卫星数据传输系统，所述卫星数据传输系统包括空间观测卫星星座、数据转发卫星星座、地面站网络和控制与数据处理中心，所述空间观测卫星星座有多个空间观测卫星，所述数据转发卫星星座有多个数据转发卫星；所述地面站网络有多个地面站；所述卫星数据传输方法，包括：根据接收到的数据请求确定与所述数据请求相关的多个所述空间观测卫星和多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量；建立由所述空间观测卫星星座、所述数据转发卫星星座、所述地面站网络和所述控制与数据处理中心组成的网络拓扑；所述空间观测卫星、所述数据转发卫星和所述地面站之间有多条等价数据传输路径；根据所述网络拓扑和多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量从多条所述等价数据传输路径中为每个所述空间观测卫星依次选择数据传输路径，以根据选择的所述数据传输路径完成卫星数据传输。
7.根据本发明提供的一种卫星数据传输方法，还包括：根据所述空间观测卫星通过
所述数据传输路径对应需要传输的数据量确定所述空间观测卫星的数据传输速率，以根据所述数据传输速率完成卫星数据传输。
8.根据本发明提供的一种卫星数据传输方法，所述根据所述网络拓扑和多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量从所述多条等价数据传输路径中为每个所述空间观测卫星依次选择数据传输路径，包括：根据所述网络拓扑确定每条所述等价数据传输路径的评分；根据预设路径选择顺序和每条所述等价数据传输路径的评分为每个所述空间观测卫星选择数据传输路径；所述预设路径选择顺序与多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量相关。
9.根据本发明提供的一种卫星数据传输方法，所述根据所述网络拓扑确定每条所述等价数据传输路径的评分，包括：根据所述空间观测卫星、所述数据转发卫星与所述地面站的位置预测每条所述等价数据传输路径的存活时间；确定每条所述等价数据传输路径与多条已经选择的所述等价数据传输路径的路径重叠度；根据所述存活时间和所述路径重叠度确定每条所述等价数据传输路径的评分；
10.其中，所述每条所述等价数据传输路径的评分
11.τ
p
为数据传输路径p的存活时间，j
p
为路径p与多条已经选择的所述等价数据传输路径的路径重叠度。
12.根据本发明提供的一种卫星数据传输方法，所述根据所述空间观测卫星通过所述数据传输路径对应需要传输的数据量确定所述空间观测卫星的数据传输速率，包括：确定所述空间观测卫星需要传输的数据量和与所述空间观测卫星共享所述数据传输路径中的链路的多个所述空间观测卫星需要传输的总数据量的比值；获取所述数据传输路径的可用带宽；根据所述比值和所述数据传输路径的可用带宽确定所述空间观测卫星的数据传输速率；
13.其中，所述空间观测卫星的数据传输速率
14.为与所述空间观测卫星共享所述数据传输路径p中的链路的多个所述空间观测卫星需要传输的总数据量，b
p
为所述数据传输路径p的可用带宽，di为所述空间观测卫星si需要传输的数据量。
15.根据本发明提供的一种卫星数据传输方法，还包括：在所述网络拓扑发生变化时，根据变化后的所述网络拓扑和多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量从多条所述等价数据传输路径中为每个所述空间观测卫星依次选择数据传输路径，以根据选择的所述数据传输路径完成卫星数据传输；在所述网络拓扑未发生变化且存在一个或多个所述空间观测卫星未完成数据传输时，根据所述网络拓扑和多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量从多条所述等价数据传输路径中为每个所述空间观测卫星依次选择数据传输路径，以根据选择的所述数据传输路径完成卫星数据传输；在所述网络拓扑未发生变化且多个所述空间观测卫星均完成数据传输时，数据请求任务完成。
16.本发明还提供一种卫星数据传输系统，包括空间观测卫星星座、数据转发卫星星座、地面站网络和控制与数据处理中心，所述空间观测卫星星座有多个空间观测卫星，所述数据转发卫星星座有多个数据转发卫星；所述地面站网络有多个地面站；所述空间观测卫
星用于对地面或大气层进行观测，将与所述数据请求相关的卫星数据传输至所述数据转发卫星。所述数据转发卫星用于转发所述卫星数据至所述地面站；所述地面站用于转发所述卫星数据至所述控制与数据处理中心；所述控制与数据处理中心用于对所述卫星数据进行处理及数据请求和数据传输路径选择的控制。
17.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述卫星数据传输方法。
18.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述卫星数据传输方法。
19.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述卫星数据传输方法。
20.本发明提供的一种卫星数据传输方法及相关组件，该方法包括：根据接收到的数据请求确定与数据请求相关的多个空间观测卫星和多个空间观测卫星对应需要传输的数据量；建立由多个空间观测卫星星座、多个数据转发卫星星座、多个地面站网络和控制与数据处理中心组成的网络拓扑；空间观测卫星、数据转发卫星和地面站之间有多条等价数据传输路径；根据网络拓扑和多个空间观测卫星对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输，能够将空间观测卫星上采集到的大数据，进行高效、及时的下载，提高卫星数据获取的时效性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
22.图1是本发明提供的一种卫星数据传输方法的流程示意图；
23.图2是本发明提供的一种卫星数据传输系统的原理示意图；
24.图3是本发明提供的一种卫星数据传输方法的原理示意图；
25.图4是本发明提供的一种卫星数据传输系统的结构示意图；
26.图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.下面结合图1-图5描述本发明的一种卫星数据传输方法及相关组件。
29.现有的卫星数据传输方法，依照其技术路线主要可分为三类：
30.(1)利用分布式地面站31网络的数据传输方法，利用分布在世界各地的地面站31
形成可供数据传输的分布式网络，当空间观测卫星11运动到地面站31的传输范围时，将数据通过星地链路断点续传到地面，再通过地面站31将数据传到控制与数据分析中心。然而，由于地面站31的分布受地理因素的影响(如海洋上难以布站)以及低轨卫星快速移动导致的星地连接可用时间很短，空间观测卫星11大部分时间都无法进行数据传输，从而导致数据传输延迟很高。
31.(2)利用地面静止轨道中继卫星的数据传输方法，虽然利用地面静止轨道卫星能够持续稳定地与地面进行通信从而降低了数据传输延迟，但由于地面静止轨道卫星造价高昂且同一时刻只能与2-3颗卫星建立通信连接，使其难以同时支持由几百颗观测卫星组成的星座的数据传输。
32.(3)利用分布式地面站31和低轨卫星网络相结合的数据传输方法，利用巨型低轨卫星星座及其高速星间链路，配合分布式地面站31实现单颗卫星数据的低延迟传输，但是，由于数据传输易受频繁星地切换的影响，并且多个相邻观测卫星同时传输数据时容易发生堵塞，从而导致卫星数据传输的延迟仍然较高。
33.请参考图1，图1为本发明的一种卫星数据传输方法的流程示意图。
34.请参考图2，图2为本发明提供的一种卫星数据传输系统的原理示意图。
35.为了解决现有技术中所存在的技术问题，本发明提供一种卫星数据传输方法，应用于卫星数据传输系统5，卫星数据传输系统5包括空间观测卫星星座1、数据转发卫星星座2、地面站网络3和控制与数据处理中心4，空间观测卫星星座1有多个空间观测卫星11，数据转发卫星星座2有多个数据转发卫星21；地面站网络3有多个地面站31；
36.卫星数据传输方法，包括：
37.101：根据接收到的数据请求确定与数据请求相关的多个空间观测卫星11和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量；
38.102：建立由空间观测卫星星座1、数据转发卫星星座2、地面站网络3和控制与数据处理中心4组成的网络拓扑；空间观测卫星11、数据转发卫星21和地面站31之间有多条等价数据传输路径；
39.103：根据网络拓扑和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星11依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输。
40.具体的，卫星数据传输系统5可以包括空间观测卫星星座1、数据转发卫星星座2、地面站网络3和控制与数据处理中心4。其中，空间观测卫星星座1，主要由多个空间观测卫星11组成，可以为低轨卫星，其中每个空间观测卫星11都通过高分辨率传感器持续收集地球表面或大气层等各种观测数据。数据转发卫星星座2可以为巨型宽带卫星星座，由多个数据转发卫星21组成，可以为低轨卫星，多个数据转发卫星21卫星之间可通过激光链路或者微波链路进行数据传输。在这里主要用于转发空间观测卫星星座1采集的卫星数据。地面站网络3，由分布在全球各地的地面站31组成，当地面站31在卫星的覆盖范围时，能与卫星建立星地链路用于数据通信。位于地面的控制与数据分析中心，用于对卫星数据的数据处理和分析，以及数据请求和数据传输路径选择的控制。卫星数据传输方法首先需要根据接收到的数据请求计算出存有相应数据的多个空间观测卫星11src＝{s1,s2,
…
,sn}，并估算出多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量data＝{d1,d2,
…
,dn}。并根据可见性原则建立
多个空间观测卫星11和多个数据转发卫星21之间、多个地面站31和多个空间观测卫星11之间、多个地面站31和多个数据转发卫星21之间、多个地面站31与控制与数据处理中心4之间的网络拓扑g
t
(v,e)，其中v表示网络拓扑中的节点(包括卫星、地面站31以及控制与数据处理中心4)，e表示网络拓扑中的边(包括星间链路、星地链路以及地面链路)。对拓扑不会变化或者拓扑变化不会影响到转发路径的时刻进行合并，这样能有效减小计算数据传输的时间复杂度。多个空间观测卫星11、多个数据转发卫星21和多个地面站31之间有多条等价数据传输路径，例如从第三个空间观测卫星11到第一个数据转发卫星21再到第二个地面站31、从第三个空间观测卫星11到第二个数据转发卫星21再到第三个地面站31、从第三个空间观测卫星11到第三个数据转发卫星21再到第四个地面站31。最后根据网络拓扑和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星11依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输，能够有效缓解多个空间观测卫星11同时传输卫星数据时可能发生的网络拥塞问题，并且能够在星地连接频繁切换时仍然实现较稳定且快速的数据传输。利用多路径带宽聚合和高鲁棒性的特点，提高在高动态时变的卫星网络中数据下载的稳定性和速率。
41.综上，本发明提供的卫星数据传输方法，能够将空间观测卫星11上采集到的大数据，进行高效、及时的下载，提高卫星数据获取的时效性。
42.在上述实施例的基础上：
43.请参考图3，图3为本发明提供的一种卫星数据传输方法的原理示意图。
44.作为一种优选的实施例，还包括：根据空间观测卫星11通过数据传输路径对应需要传输的数据量确定空间观测卫星11的数据传输速率，以根据数据传输速率完成卫星数据传输。
45.为了尽可能减少卫星数据的整体传输完成时间，在本实施例中，可以根据空间观测卫星11通过数据传输路径对应需要传输的数据量确定空间观测卫星11的数据传输速率，例如可以为数据传输量较大的空间观测卫星11分配更多的路径带宽，从而可以提高卫星数据的传输速率，减少卫星数据的整体传输完成时间。
46.作为一种优选的实施例，根据网络拓扑和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星11依次选择数据传输路径，包括：根据网络拓扑确定每条等价数据传输路径的评分；根据预设路径选择顺序和每条等价数据传输路径的评分为每个空间观测卫星11选择数据传输路径；预设路径选择顺序与多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量相关。
47.作为一种优选的实施例，根据网络拓扑确定每条等价数据传输路径的评分，包括：根据空间观测卫星11、数据转发卫星21与地面站31的位置预测每条等价数据传输路径的存活时间；确定每条等价数据传输路径与多条已经选择的等价数据传输路径的路径重叠度；根据存活时间和路径重叠度确定每条等价数据传输路径的评分；
48.其中，每条等价数据传输路径的评分
49.τ
p
为数据传输路径p的存活时间，j
p
为路径p与多条已经选择的等价数据传输路径的路径重叠度。
50.具体的，利用网络拓扑为每一个空间观测卫星11计算出多条等价数据传输路径
例如空间观测卫星11si的多条等价数据传输路径为pi＝{p
i1
,p
i2
,
…
}，然后预设路径选择顺序src
′
＝{s1′
,s2′
,
…
,sn′
}，例如按照空间观测卫星11对应需要传输的数据量从大到小排序，数据量大的空间观测卫星11优先选择数据传输路径。并根据空间观测卫星11、数据转发卫星21与地面站31网络的位置预测每条等价数据传输路径的存活时间ti＝{τ
i1
,τ
i2
,
…
}，这里的存活时间可以理解为空间观测卫星11、数据转发卫星21运动到地面站31网络的传输范围，可以与地面站31网络建立通信连接的时间。在选择数据传输路径时会优先挑选数据传输路径评分(τ
p
为数据传输路径p的存活时间，j
p
为路径p与多条已经选择的等价数据传输路径的路径重叠度)更高的路径，因为评分越高，数据传输路径的存活时间相对更长，且与其它数据传输路径的带宽竞争程度越小，能够分到的带宽相对更多。为了保证一定的公平性，不同空间观测卫星11轮流选择数据传输路径。这里的路径重叠度可以理解为不同的空间观测卫星11通过相同的数据转发卫星21与同一个地面站31之间建立数据传输路径。
51.作为一种优选的实施例，根据空间观测卫星11通过数据传输路径对应需要传输的数据量确定空间观测卫星11的数据传输速率，包括：确定空间观测卫星11通过数据传输路径对应需要传输的数据量和与空间观测卫星共享数据传输路径中的链路所传输的总数据量的比值；获取数据传输路径的可用带宽；根据比值和数据传输路径的可用带宽确定空间观测卫星11的数据传输速率；
52.其中，空间观测卫星11的数据传输速率
53.为与空间观测卫星共享数据传输路径p中的链路的多个空间观测卫星需要传输的总数据量，b
p
为数据传输路径p的可用带宽，di为空间观测卫星11si需要传输的数据量。
54.为了进一步提升空间观测卫星11的数据传输速率，尽可能减少卫星数据的整体传输完成时间，在本实施例中，在得到每个空间观测卫星11的数据传输路径后，根据空间观测卫星11通过数据传输路径对应需要传输的数据量可以确定空间观测卫星11的数据传输速率，空间观测卫星11si的路径p对应的数据传输速率为其中为与空间观测卫星共享数据传输路径p中的链路的多个空间观测卫星需要传输的总数据量，b
p
为数据传输路径p的可用带宽，di为空间观测卫星11si需要传输的数据量。这样数据量多的空间观测卫星11在与其它空间观测卫星11共享链路时能分到更多的带宽，从而实现更短的整体数据传输完成时间。
55.在得到各空间观测卫星11的数据传输路径后，控制与数据处理中心4将数据传输路径信息及速率控制信息与数据请求一同发送给空间观测卫星11，空间观测卫星11通过指定路径传输卫星数据到控制与数据处理中心4进行进一步处理分析。
56.作为一种优选的实施例，还包括：在网络拓扑发生变化时，根据变化后的网络拓扑和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星11依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输；在网络拓扑未发生变化且存在一个或多个空间观测卫星11未完成数据传输时，根据网络拓扑和多
个空间观测卫星11对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星11依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输；在网络拓扑未发生变化且多个空间观测卫星11均完成数据传输时，数据请求任务完成。
57.在本实施例中，如果随着时间推移，网络拓扑发生了变化，则需要变化后的网络拓扑和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星11依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输。具体为根据各空间观测卫星11对应需要传输的数据量、路径重叠度以及路径存活时间综合为每个空间观测卫星11选择较优的路径组合，并决定每条路径上的数据传输速率，之后将路径信息、速率控制信息同数据请求一同发给空间观测卫星11，各空间观测卫星11按照指定路径和速率传输卫星数据。当然，在网络拓扑未发生变化且存在一个或多个空间观测卫星11未完成数据传输时，则根据网络拓扑和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星11依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输。；在网络拓扑未发生变化且多个空间观测卫星11均完成数据传输时，则数据请求任务完成。利用多路径带宽聚合和高鲁棒性的特点，提高在高动态时变的卫星网络中数据下载的稳定性和速率。
58.请参考图4，图4为本发明提供的一种卫星数据传输系统的结构示意图。
59.本发明还提供一种卫星数据传输系统5，包括空间观测卫星星座1、数据转发卫星星座2、地面站网络3和控制与数据处理中心4，空间观测卫星星座1有多个空间观测卫星11，数据转发卫星星座2有多个数据转发卫星21；地面站网络3有多个地面站31；空间观测卫星11用于对地面或大气层进行观测，将与数据请求相关的卫星数据传输至数据转发卫星21。数据转发卫星21用于转发卫星数据至地面站31；地面站31用于转发卫星数据至控制与数据处理中心4；控制与数据处理中心4用于对卫星数据进行处理及数据请求和数据传输路径选择的控制。
60.对于本发明提供的一种卫星数据传输系统5的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
61.图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)501、通信接口(communications interface)502、存储器(memory)503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。处理器501可以调用存储器503中的逻辑指令，以执行卫星数据传输方法，应用于卫星数据传输系统，卫星数据传输系统5包括空间观测卫星星座1、数据转发卫星星座2、地面站网络3和控制与数据处理中心4，空间观测卫星星座1有多个空间观测卫星11，数据转发卫星星座2有多个数据转发卫星21；地面站网络3有多个地面站31；卫星数据传输方法，包括：根据接收到的数据请求确定与数据请求相关的多个空间观测卫星11和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量；建立由空间观测卫星星座1、数据转发卫星星座2、地面站网络3和控制与数据处理中心4组成的网络拓扑；空间观测卫星11、数据转发卫星21和地面站31之间有多条等价数据传输路径；根据网络拓扑和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星11依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输。
62.此外，上述的存储器503中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为
独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
63.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的卫星数据传输方法，应用于卫星数据传输系统5，卫星数据传输系统5包括空间观测卫星星座1、数据转发卫星星座2、地面站网络3和控制与数据处理中心4，空间观测卫星11星座有多个空间观测卫星11，数据转发卫星21星座有多个数据转发卫星21；地面站31网络有多个地面站31；卫星数据传输方法，包括：根据接收到的数据请求确定与数据请求相关的多个空间观测卫星11和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量；建立由空间观测卫星星座1、数据转发卫星星座2、地面站网络3和控制与数据处理中心4组成的网络拓扑；空间观测卫星11、数据转发卫星21和地面站31之间有多条等价数据传输路径；根据网络拓扑和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星11依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输。
64.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的卫星数据传输方法，应用于卫星数据传输系统5，卫星数据传输系统5包括空间观测卫星星座1、数据转发卫星星座2、地面站网络3和控制与数据处理中心4，空间观测卫星11星座有多个空间观测卫星11，数据转发卫星21星座有多个数据转发卫星21；地面站31网络有多个地面站31；卫星数据传输方法，包括：根据接收到的数据请求确定与数据请求相关的多个空间观测卫星11和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量；建立由空间观测卫星星座1、数据转发卫星星座2、地面站网络3和控制与数据处理中心4之间的网络拓扑；空间观测卫星11、数据转发卫星21和地面站31之间有多条等价数据传输路径；根据网络拓扑和多个空间观测卫星11对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星11依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输。
65.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述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，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，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本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
66.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指
令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
67.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种卫星数据传输方法，其特征在于，应用于卫星数据传输系统，所述卫星数据传输系统包括空间观测卫星星座、数据转发卫星星座、地面站网络和控制与数据处理中心，所述空间观测卫星星座有多个空间观测卫星，所述数据转发卫星星座有多个数据转发卫星；所述地面站网络有多个地面站；所述卫星数据传输方法，包括：根据接收到的数据请求确定与所述数据请求相关的多个所述空间观测卫星和多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量；建立由所述空间观测卫星星座、所述数据转发卫星星座、所述地面站网络和所述控制与数据处理中心组成的网络拓扑；所述空间观测卫星、所述数据转发卫星和所述地面站之间有多条等价数据传输路径；根据所述网络拓扑和多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量从多条所述等价数据传输路径中为每个所述空间观测卫星依次选择数据传输路径，以根据选择的所述数据传输路径完成卫星数据传输。2.根据权利要求1所述的卫星数据传输方法，其特征在于，还包括：根据所述空间观测卫星通过所述数据传输路径对应需要传输的数据量确定所述空间观测卫星的数据传输速率，以根据所述数据传输速率完成卫星数据传输。3.根据权利要求1所述的卫星数据传输方法，其特征在于，所述根据所述网络拓扑和多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量从所述多条等价数据传输路径中为每个所述空间观测卫星依次选择数据传输路径，包括：根据所述网络拓扑确定每条所述等价数据传输路径的评分；根据预设路径选择顺序和每条所述等价数据传输路径的评分为每个所述空间观测卫星选择数据传输路径；所述预设路径选择顺序与多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量相关。4.根据权利要求3所述的卫星数据传输方法，其特征在于，所述根据所述网络拓扑确定每条所述等价数据传输路径的评分，包括：根据所述空间观测卫星、所述数据转发卫星与所述地面站的位置预测每条所述等价数据传输路径的存活时间；确定每条所述等价数据传输路径与多条已经选择的所述等价数据传输路径的路径重叠度；根据所述存活时间和所述路径重叠度确定每条所述等价数据传输路径的评分；其中，所述每条等价数据传输路径的评分τ
p
为数据传输路径p的存活时间，j
p
为路径p与多条已经选择的所述等价数据传输路径的路径重叠度。5.根据权利要求2所述的卫星数据传输方法，其特征在于，所述根据所述空间观测卫星通过所述数据传输路径对应需要传输的数据量确定所述空间观测卫星的数据传输速率，包括：确定所述空间观测卫星需要传输的数据量和与所述空间观测卫星共享所述数据传输路径中的链路的多个所述空间观测卫星需要传输的总数据量的比值；
获取所述数据传输路径的可用带宽；根据所述比值和所述数据传输路径的可用带宽确定所述空间观测卫星的数据传输速率；其中，所述空间观测卫星的数据传输速率其中，所述空间观测卫星的数据传输速率为与所述空间观测卫星共享所述数据传输路径p中的链路的多个所述空间观测卫星需要传输的总数据量，b
p
为所述数据传输路径p的可用带宽，d
i
为所述空间观测卫星s
i
需要传输的数据量。6.根据权利要求1至5任一项所述的卫星数据传输方法，其特征在于，还包括：在所述网络拓扑发生变化时，根据变化后的所述网络拓扑和多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量从多条所述等价数据传输路径中为每个所述空间观测卫星依次选择数据传输路径，以根据选择的所述数据传输路径完成卫星数据传输；在所述网络拓扑未发生变化且存在一个或多个所述空间观测卫星未完成数据传输时，根据所述网络拓扑和多个所述空间观测卫星对应需要传输的数据量从多条所述等价数据传输路径中为每个所述空间观测卫星依次选择数据传输路径，以根据选择的所述数据传输路径完成卫星数据传输；在所述网络拓扑未发生变化且多个所述空间观测卫星均完成数据传输时，数据请求任务完成。7.一种卫星数据传输系统，包括空间观测卫星星座、数据转发卫星星座、地面站网络和控制与数据处理中心，所述空间观测卫星星座有多个空间观测卫星，所述数据转发卫星星座有多个数据转发卫星；所述地面站网络有多个地面站；所述空间观测卫星用于对地面或大气层进行观测，将与所述数据请求相关的卫星数据传输至所述数据转发卫星。所述数据转发卫星用于转发所述卫星数据至所述地面站；所述地面站用于转发所述卫星数据至所述控制与数据处理中心；所述控制与数据处理中心用于对所述卫星数据进行处理及数据请求和数据传输路径选择的控制。8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述卫星数据传输方法。9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述卫星数据传输方法。10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述卫星数据传输方法。

技术总结
本发明提供一种卫星数据传输方法及相关组件，该方法包括：根据接收到的数据请求确定与数据请求相关的多个空间观测卫星和多个空间观测卫星对应需要传输的数据量；建立由空间观测卫星星座、数据转发卫星星座、分布式地面站和控制与数据处理中心组成的网络拓扑；空间观测卫星、数据转发卫星与地面站之间有多条等价数据传输路径；根据网络拓扑和多个空间观测卫星对应需要传输的数据量从多条等价数据传输路径中为每个空间观测卫星依次选择数据传输路径，以根据选择的数据传输路径完成卫星数据传输，能够将空间观测卫星上采集到的大数据，进行高效、及时的下载，提高卫星数据获取的时效性。时效性。时效性。


技术研发人员：吴茜 吕铭洋 赖泽祺 李贺武 李元杰 刘君
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/14