[發明專利]一種網絡拓撲結構的組網方法及裝置

在審

• 申請號: 201710266946.6
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107181520A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 陳威屹;鄧平科;吳海濤;張曉光;李亞平;劉炳成
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，更具體地，涉及一種網絡拓撲結構的組網方法及裝置。

背景技術

拓撲結構的研究是網絡研究的熱門，當前地面網絡的拓撲研究比較深入，天基網的拓撲研究滯后于地面網絡的研究，衛星網絡的研究基于衛星的星座設計和網絡架構。目前公開的衛星網路架構主要有Teledesic，Iridium，Celestri，NeLS。現階段，主要的星座設計有：Walker delta(傾斜星座)與Walker star(極軌道星座)。在不考慮衛星失效的情況下，衛星網絡采用的星座設計決定了拓撲變化的特征。衛星網絡的連接是通過星間鏈路進行組網的，一般情況下，衛星網絡包含兩種類型的星間鏈路：軌道內相鄰的衛星構成軌內鏈路，相鄰軌道相鄰的衛星構成軌間鏈路。

和地面網絡的拓撲相比，衛星網絡動態變化的特性成為衛星網絡研究中面臨的挑戰。基于衛星網絡的動態性而對衛星網絡的拓撲結構進行優化設計、路由協議設計產生了重要的影響。當前，衛星網絡的路由技術主要分為兩種：基于星際鏈路(ISL)的和不基于星際鏈路的路由。兩者相比，基于星際鏈路的路由技術不需要地面設施的輔助，對地面站的依賴小，更加可靠和安全，是未來個人通信的理想和發展方向。但星際鏈路的路由計算依賴于衛星運行的周期性和可預知性，從而造成其自適應性不夠好的弱點。此外，在某些情況極端情況下，當衛星受到外界的干擾和攻擊時導致衛星出現故障失靈，在這種情況下衛星的拓撲會出現無法預料的變化，從而導致導航和通信中斷，數據丟失，網絡崩潰。

發明內容

本發明提供一種克服在衛星出現故障時，整個衛星網絡容易崩潰的問題，提供了網絡拓撲結構的組網方法及裝置。

根據本發明的一個方面，提供一種網絡拓撲結構的組網方法，包括：

S1，基于規則的物理衛星網絡拓撲，通過光波復用技術構建相應的無規則的虛擬衛星網絡拓撲；

S2，從所述規則的物理衛星網絡拓撲中找到任意兩個節點形成的節點對之間的至少一條最短路徑，并形成最短路徑集合；

S3，針對于構建的虛擬衛星網絡拓撲中的節點對，從所述最短路徑集合中找到對應的節點對之間的至少一條最短路徑，并從中隨機挑選一條最短路徑作為虛擬衛星網絡拓撲中的節點對之間的路徑；

S4，遍歷所述虛擬衛星網絡拓撲中的所有的節點對，以完成虛擬衛星網絡中所有節點對之間的路由。

本發明的有益效果為：能夠依據規則的物理衛星網絡拓撲，根據具體的需求，構建隨機的虛擬衛星網絡拓撲，并實現虛擬衛星網絡拓撲中衛星節點之間的動態路由，隨機虛擬衛星網絡的動態性能好，當衛星節點出現故障時，自愈能力較強。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以作如下改進。

進一步的，所述步驟S1具體包括：

基于規則的物理衛星網絡拓撲，根據預先設計的衛星星座構形，通過光波復用技術構建與衛星星座構形對應的虛擬衛星網絡拓撲，其中，衛星星座構形決定構建的虛擬衛星網絡拓撲中節點的個數以及各節點的位置。

進一步的，所述虛擬衛星網絡拓撲中衛星節點的數目小于等于物理衛星網絡拓撲中衛星節點的數目。

進一步的，所述步驟S2具體包括：

基于規則的物理衛星網絡拓撲，采用廣度優先算法尋找得到每一個節點對之間的至少一條最短路徑，構成每個節點對的最短路徑集合；

由每個節點對的最短路徑集合再組成物理衛星網絡拓撲中所有節點對的最短路徑集合。

進一步的，所述步驟S4之后還包括：

當虛擬衛星網絡拓撲中的節點出現故障時，對于當前與該故障節點相連的節點對，從最短路徑集合中重新選擇一條最短路徑進行該節點對之間的路由。

進一步的，所述規則的物理衛星網絡拓撲包括2D-Torus網絡，所述虛擬衛星網絡拓撲包括jellyfish網絡和Flattened Butterfly網絡。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種網絡拓撲結構的組網裝置，包括：

構建模塊，用于基于規則的物理衛星網絡拓撲，通過光波復用技術構建相應的無規則的虛擬衛星網絡拓撲；

最短路徑尋找模塊，用于從所述規則的物理衛星網絡拓撲中找到任意兩個節點形成的節點對之間的至少一條最短路徑，并形成最短路徑集合；

路徑選擇模塊，用于針對于構建的虛擬衛星網絡拓撲中的節點對，從所述最短路徑集合中找到對應的節點對之間的至少一條最短路徑，并從中隨機挑選一條最短路徑作為虛擬衛星網絡拓撲中的兩個節點之間的路徑；