[發明專利]一種面向空間環境DTN網絡的數據轉發方法

有效

• 申請號: 201210329877.6
• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN102883397A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 王占偉;鄒光南
• 申請（專利權）人: 航天恒星科技有限公司
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W84/18
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種面向空間環境DTN網絡的數據轉發方法，其主要用于面向空間飛行器網絡的路由或數據轉發，屬于無線自組織網絡技術領域。

背景技術

DTN(Delay/Disruption?Tolerant?Network)網絡表示一種容遲/容斷網絡，2004年正式被提出。這種網絡具有網絡拓撲實時變化、間歇性鏈接、長延時、低信噪比(高誤碼率)、節點資源有限等特點；由于DTN網絡中高延遲、低速率、非對稱鏈路等特點導致了基于反饋機制的可靠通信模式不適用，而且端到端之間的斷開連接比存在連接更常見，斷連造成的長排隊延遲導致消息可能需要在路由器中保存很長時間，對路由器的存儲壓力很大。

對于空間飛行器網絡，目前比較流行且簡單的為基于虛擬拓撲的路由，思想是，充分利用星座拓撲的周期性和可預見性，把星座周期T分為N個小的時間片，[t₀，t₁]，[t₁，t₂]，[t₂，t₃]…[t_n-1，t_n]，如果時間間隔足夠小，網絡的動態拓撲結構可映射為固定拓撲結構，網絡通信代價也是不變的，鏈路的建立和斷開只發生于時間點t₀，t₁，...t_n在這種情況下，可以用Dijkstra算法進行最優路徑的計算，根據這些信息為星座中的每個空間飛行器配置路由表或交換表。這種算法簡化了星座網絡的復雜性和降低了路由難度，但是，沒有解決網絡擁塞和空間飛行器節點失效情況下的路由選擇問題。

另一種流行的方法為基于虛擬邏輯位置的路由。該路由策略利用星座拓撲變化的規律性來屏蔽空間飛行器的移動性。該策略根據星座的拓撲結構將地球表面劃分成若干個固定區域，并為每個區域賦予不同的邏輯地址。其特點是：在給定時刻，對于最靠近區域中心的空間飛行器，其地址就是該區域的邏輯地址，空間飛行器在運行過程中根據覆蓋區域的變化，其邏輯地址也相應動態變化，邏輯地址帶有地面節點的地理位置信息。這一類型的算法主要有FHRP、SIPR、PRP，這類算法僅能用于LEO空間飛行器網絡中，局限性比較大。

在針對典型的DTN網絡提出的數據轉發方法中，并沒有充分利用星座拓撲的周期性和可預見性等信息，直接采用其路由算法，不能充分發揮網絡的性能(即傳輸延時、bundle報文投遞成功率等多不是最佳的)；而基于虛擬拓撲的路由算法不能很好的解決網絡擁塞和空間飛行器節點失效等問題；空間飛行器網絡路由與單層的LEO衛星網絡路由相比，空間飛行器網絡路由具有更高的頻譜利用率，更強的抗毀能力，組網靈活，功能多樣，因此也更具研究價值，基于虛擬邏輯位置的路由是針對LEO衛星網絡提出的，不符合空間飛行器網絡發展的趨勢。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供了一種面向空間環境DTN網絡的數據轉發方法，針對空間飛行器網絡具有DTN網絡的特點，把空間飛行器網絡看成是一種DTN網絡；同時空間飛行器星座拓撲又具有周期性和可預見性，可以充分利用這些信息快速建立虛擬拓撲路由表；綜合考慮上述兩方面的特點，設計更為適合空間飛行器網絡的數據轉發策略；通常情況下網絡節點根據地面站建立的虛擬拓撲路由表進行數據轉發，網絡在異常情況下采用基于最優樹的Spray?and?Wait路由算法進行數據轉發。

本發明的技術解決方案為：

一種面向空間環境DTN網絡的數據轉發方法，步驟如下：

(1)地面站周期性構建虛擬拓撲路由表，并分發給所述面向空間環境DTN網絡中的空間飛行器節點；

(2)如果空間飛行器節點有數據需要轉發，則判斷該空間飛行器節點的虛擬拓撲路由表是否過期，如果未過期，則進入步驟(3)；如果過期，則進入步驟(4)；

(3)根據虛擬拓撲路由表查詢接收節點；

如果可以查詢到接收節點并且接收節點處于空閑狀態，則由發送節點的bundle層構造bundle塊，之后進入步驟(6)；

如果查詢不到接收節點或者接收節點處于忙碌狀態，則根據虛擬拓撲路由表查找是否存在其他到達目的節點的下一跳連接，若存在則進入步驟(6)；若不存在，則由發送節點啟動bundle層的托管機制，將要轉發的數據保存起來，等待可用的下一跳連接；查詢不到接收節點時，則判定該接收節點故障，并通知地面站對該航天器進行故障診斷；