[發(fā)明專利]基于負(fù)載均衡的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)按需路由方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110206215.5
• 申請(qǐng)日: 2011-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN102231896A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李長(zhǎng)樂;李恒;李建東;張晗嘯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W28/08
• 分類號(hào): H04W28/08;H04W40/02;H04W84/06
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及路由方法，可用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中解決衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的流量負(fù)載不均衡問題。

背景技術(shù)

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、不受地理?xiàng)l件限制等先天優(yōu)勢(shì)，在通信發(fā)展的過程中一直受到人們的重視。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由一定數(shù)量的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)和連接衛(wèi)星的星際鏈路ISL構(gòu)成。大部分具有ISL的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)都采用如圖1所示的極軌道星座。以Iridium系統(tǒng)為例，除了反向縫兩側(cè)的兩個(gè)相鄰軌道面上的衛(wèi)星外，每顆衛(wèi)星均維持4條ISL，分別與同軌道面上前后兩顆鄰居衛(wèi)星和左右相鄰軌道面上的兩顆鄰居衛(wèi)星互連。每顆衛(wèi)星都由虛擬坐標(biāo)(x，y)唯一確定，其中x和y分別表示衛(wèi)星軌道坐標(biāo)號(hào)和衛(wèi)星軌道內(nèi)坐標(biāo)號(hào)。

由于地域和時(shí)區(qū)差異、星座運(yùn)轉(zhuǎn)及地球自轉(zhuǎn)，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)承載分布不均衡且具有時(shí)變特性的流量負(fù)載。單顆衛(wèi)星既可能覆蓋人口稀少的區(qū)域，如極地區(qū)域和海洋，也可能覆蓋人口密集且數(shù)據(jù)量密集的區(qū)域，如發(fā)達(dá)國(guó)家的主要城市。負(fù)載不均衡會(huì)使得有些路徑占用率過高，造成擁塞和分組丟失，因此提出的路由算法應(yīng)能支持流量負(fù)載均衡以避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，或者在出現(xiàn)擁塞時(shí)能夠及時(shí)有效地消除擁塞帶來的不利影響。

目前已有一些學(xué)者提出了各種衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡路由算法。

文獻(xiàn)(Hui?Li，Xuemai?Gu，Adaptive?ATM?Routing?in?Walker?Delta?Satellite?Communication?Networks，1st?International?Symposium?on?Systems?and?Control?in?Aerospace?and?Astronautics，2006，pp.368-373.)提出適合面向連接的衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)的、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)最小阻塞路由策略。該協(xié)議在全球業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)模型下，采用適合衛(wèi)星星座的業(yè)務(wù)區(qū)域劃分方式，根據(jù)每條鏈路的流量負(fù)載情況評(píng)估網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀態(tài)，選擇阻塞概率最小的最優(yōu)路徑。這種方法根據(jù)衛(wèi)星的周期性和空間位置的確定性，事先計(jì)算任意時(shí)刻兩個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)之間的路徑，將這些路由信息制定成該時(shí)刻的路由表，以備更新。該方法能進(jìn)行整體路徑性能的比較，實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化，但是該算法基于事先確定的統(tǒng)計(jì)模型，對(duì)于突發(fā)的高業(yè)務(wù)流量缺乏適應(yīng)性，另外該算法只適用于Walker?delta星座衛(wèi)星網(wǎng)，可移植性低。

文獻(xiàn)(Yan?He，Susanna?Pelagatti，CRT：an?Adaptive?Routing?Protocol?for?LEO?Satellite?Networks，Information?and?Communication?Technologies，2006.2nd，pp.2496-2501.)用少量的控制信息評(píng)估網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，動(dòng)態(tài)調(diào)整路徑，在全網(wǎng)中均衡流量負(fù)載，避免擁塞。該方法利用簡(jiǎn)單的控制信息，為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣⒁粋€(gè)有向圖，用一個(gè)擁塞矩陣描述有向圖中當(dāng)前星座的擁塞狀態(tài)。擁塞矩陣周期性的更新。根據(jù)擁塞矩陣動(dòng)態(tài)調(diào)整路徑。該算法中，每次網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變化都要在全網(wǎng)廣播，因此網(wǎng)絡(luò)控制開銷較大，需要收集的信息過多，有可能無法及時(shí)反映高速動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

文獻(xiàn)(Tarik?Taleb，Daisuke?Mashimo，Abbas?Jamalipour，Kazuo?Hashimoto，Yoshiaki?Nemoto，and?Nei?Kato，ELB：An?Explicit?Load?Balancing?Routing?Protocol?for?Multi-HopNGEO?Satellite?Constellations，IEEE?Globecom?2006，pp?2776-2780)提出了顯式負(fù)載均衡路由算法，是一種顯式地在臨近衛(wèi)星之間交流擁塞狀況信息的路由協(xié)議。在該路由協(xié)議中，相鄰兩顆衛(wèi)星顯式地交換隊(duì)列占用狀態(tài)信息以表示其目前的傳輸擁塞狀況。當(dāng)衛(wèi)星隊(duì)列占用率超過預(yù)先確定的閾值時(shí)即表示該衛(wèi)星即將面臨擁塞，為避免擁塞以及由此帶來的數(shù)據(jù)分組丟失，高負(fù)載的衛(wèi)星主動(dòng)要求其臨近衛(wèi)星減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)速率。作為回應(yīng)，臨近衛(wèi)星對(duì)即將擁塞的衛(wèi)星減少數(shù)據(jù)發(fā)送率，并尋找其他的不包括該衛(wèi)星的替代路徑，從而確保局部網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡，避免擁塞發(fā)生。該算法易實(shí)現(xiàn)、開銷低且能夠?qū)崿F(xiàn)局部負(fù)載均衡，但由于閾值是預(yù)先設(shè)定的，在負(fù)載狀況劇烈變化時(shí)，該預(yù)設(shè)閾值無法保證能有效反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)負(fù)載狀態(tài)，因此很難實(shí)現(xiàn)精確的負(fù)載均衡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于負(fù)載均衡的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)按需路由方法，以利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)負(fù)載狀態(tài)計(jì)算路由，減小網(wǎng)絡(luò)控制開銷，提高負(fù)載均衡精確性。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一.技術(shù)原理