[發(fā)明專利]一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的衛(wèi)星分布式動態(tài)多徑路由方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710104206.2
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106954242B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙黎曄;李延?xùn)|;王韶波;梁巍;馬洋
• 申請（專利權(quán)）人: 航天東方紅衛(wèi)星有限公司
• 主分類號: H04L12/721
• 分類號: H04L12/721;H04W40/02;H04W40/12;H04W40/24;H04W84/06;H04B7/185
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種分布式動態(tài)多徑路由方法，特別是一種應(yīng)用于低軌信息網(wǎng)的分布式動態(tài)多徑路由方法，屬于衛(wèi)星通信領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為未來空間信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，衛(wèi)星通信網(wǎng)將與各種地基通信網(wǎng)合為一體，為不同的用戶提供無處不在的全球通信服務(wù)。其中，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由于軌道高度低，具有天地時延小、終端實現(xiàn)簡單等優(yōu)勢而備受關(guān)注。但低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化、星間鏈路傳輸誤碼大，導(dǎo)致大量丟包，難以提供高效可靠的信息傳輸服務(wù)。

因此，設(shè)計高效穩(wěn)定可靠的路由協(xié)議一直是低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的研究熱點。早期研究，主要針對衛(wèi)星拓撲變化規(guī)律，給出有效的單徑路由算法，但這些算法并不能很好解決星間鏈路丟包(由于誤碼或切換導(dǎo)致的丟包)帶來的傳輸不可靠問題。

相對于單徑路由，多徑路由技術(shù)在帶寬有效使用、擁塞控制、傳輸可靠等方面都有其獨特的優(yōu)勢，是提高動態(tài)網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的有效手段。因此，一些學(xué)者也開始將多徑路由應(yīng)用于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，例如，衛(wèi)星多徑路由協(xié)議——CEMR(Compact Explicit Multi-path Routing)、動態(tài)按需多徑路由算法等。但現(xiàn)有方法大都是基于集中式路由方式，需要節(jié)點知道全網(wǎng)信息；同時，算法雖然可以降低擁塞帶來的丟包，但并不能提高鏈路誤碼或鏈路切換條件下業(yè)務(wù)的正確投遞率。

針對上述問題，近年來，一些學(xué)者開始嘗試使用網(wǎng)絡(luò)編碼來降低星間鏈路丟包對網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸?shù)挠绊懀ㄟ^中間節(jié)點編碼來提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量、均衡負載、提升傳輸可靠性，并可很好適用于拓撲動態(tài)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。但現(xiàn)有方法大都是通過流間網(wǎng)絡(luò)編碼來提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量，且協(xié)議復(fù)雜度高，實用性往往不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有路由方法的不足，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的衛(wèi)星分布式動態(tài)多徑路由方法，該方法具有協(xié)議復(fù)雜度低，且不需要節(jié)點知道全網(wǎng)信息即可執(zhí)行等優(yōu)點，尤其適合于動態(tài)拓撲且星上處理能力有限的低軌信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的衛(wèi)星分布式動態(tài)多徑路由方法，每個節(jié)點i接收到數(shù)據(jù)包之后，執(zhí)行如下步驟：

(1)、判斷接收到的數(shù)據(jù)包中的目的節(jié)點d是否為本節(jié)點i第一次收到的發(fā)往該目的節(jié)點d的包，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟(2)，如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟(3)；

(2)、生成面向該目的節(jié)點d的下游轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點信息表，進入步驟(3)；所述下游轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點信息表包括以該目的節(jié)點d作為目的節(jié)點，節(jié)點i發(fā)往鄰居節(jié)點j'的最大發(fā)送隊列長度Q_max(j')、平均發(fā)送隊列長度Q_avg(j')、節(jié)點i經(jīng)由鄰居節(jié)點j'到達目的節(jié)點d的最短路徑傳輸時延D_min(j',d)和從節(jié)點i到下游轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點列表中每個鄰居節(jié)點j'的轉(zhuǎn)發(fā)概率P_j'，所述j'∈CT，CT為節(jié)點i的鄰居節(jié)點中滿足條件：D_min(j',d)<D的鄰居節(jié)點號的集合，所述D為預(yù)設(shè)的最大時延門限，且下游轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點信息表按照D_min(j',d)由小到大的順序排列，且轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點信息表自建立之后，按照固定的周期Δt，實時調(diào)整下游轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點信息表中集合CT中包含的節(jié)點、下游轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點表中的排列順序和從節(jié)點i到下游轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點列表中每個鄰居節(jié)點j'的轉(zhuǎn)發(fā)概率P_j'；

(3)、提取數(shù)據(jù)包中的源節(jié)點標識、目的節(jié)點標識，并與本節(jié)點的標識進行比較，如果本節(jié)點標識＝數(shù)據(jù)包中的源節(jié)點標識，則進入步驟(4)；如果本節(jié)點標識＝數(shù)據(jù)包中的目的節(jié)點標識，則進入步驟(10)；否則，進入步驟(5)；

(4)、將收到的數(shù)據(jù)包拆分為一組大小相等的M個子數(shù)據(jù)包X_m，m＝1，2，...，M，所述M為整數(shù)，M≥1，當(dāng)數(shù)據(jù)包不能被M整除時，將最后一個子數(shù)據(jù)包進行補零以湊足長度，令N＝M，進入步驟(6)；

(5)、接收編碼子數(shù)據(jù)包并且緩存，當(dāng)接收到至少N'個相同組標識的編碼子數(shù)據(jù)幀時，舍棄每個編碼子數(shù)據(jù)包幀頭，得到其中的N'個子數(shù)據(jù)包：X_n，n＝1，2，...，N'，所述M/3≤N'≤M，令N＝N'進入步驟(6)；

(6)、采用隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼方式將一組N個子數(shù)據(jù)包X_n，n＝1,2,...,N進行編碼，生成N個同等大小的編碼子數(shù)據(jù)包Y_n，n＝1,2,...N；

(7)、將組標識和編碼系數(shù)作為幀頭，添加到編碼子數(shù)據(jù)包的前面，形成編碼子數(shù)據(jù)幀Y_n'n＝1,2,...,N并存儲；