[發(fā)明專利]基于區(qū)域劃分的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星間鏈路故障恢復(fù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410183103.6
• 申請(qǐng)日: 2014-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103986512B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉曉國(guó);馬連杰;王汝傳;周劍;孫力娟;肖甫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/185
• 分類號(hào): H04B7/185;H04B17/40
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低軌衛(wèi)星之間鏈路故障恢復(fù)的方法，屬于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。特別是涉及一種低軌道衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中的鏈路故障問(wèn)題，通過(guò)引入鏈路代價(jià)計(jì)算公式，調(diào)控網(wǎng)絡(luò)流量的選路，盡量避開(kāi)故障率較高的鏈路；通過(guò)實(shí)施區(qū)域劃分，在較小范圍內(nèi)為故障鏈路進(jìn)行重路由以查找替代路徑，降低對(duì)經(jīng)過(guò)故障鏈路的業(yè)務(wù)的影響。

背景技術(shù)

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)因其靈活的全球通信能力已經(jīng)成為下一代網(wǎng)絡(luò)和星際網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分。作為未來(lái)通信的關(guān)鍵，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)無(wú)論是在通信研究、太空探索，還是軍事應(yīng)用上，都具有非常重要的地位。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)具有高動(dòng)態(tài)拓?fù)洹⑻幚碓O(shè)施有限、存儲(chǔ)空間有限等特性，這些限制使得現(xiàn)有的地面網(wǎng)絡(luò)的一些理論方法無(wú)法在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用，并使得設(shè)計(jì)高效的路由算法具有很大的困難。此外，在情況復(fù)雜的外太空，硬件損壞、電磁干擾、軍事破壞、距離變化、能源攜帶有限等，都很有可能導(dǎo)致衛(wèi)星的損壞或故障，這些都會(huì)對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的通信造成很大的影響。低軌衛(wèi)星一般運(yùn)行在500-2000千米高的軌道上，其修復(fù)的成本很高，且修復(fù)耗時(shí)較長(zhǎng)。因此，為了能夠降低衛(wèi)星故障對(duì)于衛(wèi)星通信的影響，快速恢復(fù)鏈路故障，對(duì)于衛(wèi)星的星間鏈路的故障恢復(fù)工作的研究是非常重要的。

目前對(duì)于星間鏈路故障的恢復(fù)研究中，有研究提出用洪泛法解決問(wèn)題，但是由于洪泛法發(fā)送的洪泛信息沒(méi)有限制，其開(kāi)銷較大，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源造成浪費(fèi)，且僅對(duì)于故障鏈路較少的情況比較適用。而且當(dāng)故障鏈路附近沒(méi)有能夠到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑時(shí)，其所查找到的路徑存在時(shí)延過(guò)大的現(xiàn)象。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，星間鏈路故障與衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的硬件性能以及所處外太空環(huán)境有關(guān)，因此鏈路發(fā)生故障是存在一定的概率的，目前還沒(méi)有路由算法將鏈路故障的概率考慮進(jìn)去。

因此，我們需要針對(duì)鏈路的故障，提出開(kāi)銷較小、適應(yīng)多條鏈路故障的鏈路故障恢復(fù)策略。同時(shí)，提出一種鏈路故障的概率模型，針對(duì)此模型改進(jìn)路由算法。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一種基于區(qū)域劃分的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星間鏈路故障恢復(fù)方法，用以解決衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的星間鏈路故障對(duì)通信帶來(lái)的影響。并提出鏈路的故障率模型，針對(duì)該模型改進(jìn)路由代價(jià)計(jì)算公式，以盡量避開(kāi)故障率較高的鏈路。與其他星間鏈路故障解決方案相比，本方案注重在較小區(qū)域內(nèi)完成對(duì)鏈路故障的恢復(fù)，信令開(kāi)銷小、適應(yīng)性強(qiáng)，可有效降低丟包率，并解決鏈路故障所造成的時(shí)延問(wèn)題。

技術(shù)方案：本發(fā)明的方法是通過(guò)提出故障率模型，將故障率添加到路由尋路的代價(jià)公式中，盡量避開(kāi)為業(yè)務(wù)選擇故障率較高的鏈路。并通過(guò)對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域劃分，從而在鏈路發(fā)生故障時(shí)，在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行重路由，為故障鏈路查找可行的替代路徑。當(dāng)區(qū)域內(nèi)重路由不可行時(shí)，啟動(dòng)帶有限制條件的洪泛法，通過(guò)為洪泛信令添加跳數(shù)限制來(lái)減少資源開(kāi)銷、提高通信效率。

一、體系結(jié)構(gòu)

本方法主要分為兩個(gè)部分，一是故障鏈路避免：故障未發(fā)生時(shí)，按照故障概率，盡量選擇故障率低的鏈路進(jìn)行信息傳輸；二是故障鏈路恢復(fù)：鏈路發(fā)生故障后，在較小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行故障恢復(fù)。

故障鏈路避免：假設(shè)有n個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)從1到n進(jìn)行編號(hào)，用Link_i,j表示衛(wèi)星i和衛(wèi)星j之間的鏈路，該段鏈路的故障概率為P_i,j。為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由計(jì)算時(shí)，普遍采用的是以時(shí)延為鏈路的權(quán)值，用Delay_i,j表示星間鏈路Link_i,j的時(shí)延，則路徑代價(jià)公式為：

為了避免所計(jì)算出的路徑上的鏈路經(jīng)常發(fā)生故障，所以應(yīng)當(dāng)在路由計(jì)算時(shí)，盡量的避開(kāi)故障鏈路。

設(shè)k為任意大于0的常數(shù)，在計(jì)算路由時(shí)，更改路徑代價(jià)公式為：

根據(jù)公式(2)計(jì)算路由時(shí)，按照具體的需要，調(diào)整故障概率系數(shù)k的大小，以此增大故障率較高的鏈路的權(quán)值，從而避開(kāi)故障率較高的鏈路。

鏈路故障恢復(fù)：本方法中的區(qū)域劃分，是指以地球球心為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系。由原點(diǎn)指向北極點(diǎn)的方向?yàn)閆軸方向，由原點(diǎn)指向緯度為0、經(jīng)度為0的點(diǎn)的方向?yàn)閅軸方向，由原點(diǎn)指向緯度為0、經(jīng)度為東經(jīng)90度的點(diǎn)的方向?yàn)閄軸。這樣可以將整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將分布在八個(gè)象限中，分別為區(qū)域編號(hào)為1到8。對(duì)于低軌衛(wèi)星，將同一個(gè)象限內(nèi)的衛(wèi)星認(rèn)為是在同一個(gè)區(qū)域中。同一個(gè)區(qū)域中的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)中除了存儲(chǔ)路由表之外，還存儲(chǔ)本區(qū)域的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間的鏈路狀態(tài)，以便于發(fā)生鏈路故障時(shí)，能夠快速反應(yīng)，本地重路由以恢復(fù)鏈路故障。其區(qū)域劃分示意圖如圖1所示。本方法中，無(wú)鏈路故障時(shí)，衛(wèi)星不啟用鏈路故障修復(fù)策略，僅按照原有路由方案進(jìn)行數(shù)據(jù)包發(fā)送，這樣可以降低衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的信令開(kāi)銷。