[發明專利]一種基于網絡編碼的雙層衛星網絡多徑路由方法

有效

• 申請號: 201710347528.X
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN108965125B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 徐文超;姜萌;楊艷琴;楊虹;劉彥博;龐雨欣;寧曉爽
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H04L12/709
• 分類號: H04L12/709;H04L1/00;H04B7/185
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

1.一種基于網絡編碼的雙層衛星網絡多徑路由方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：構建具有雙層衛星星座的衛星網絡拓撲，結合中、低地球軌道的特性建立星間鏈路，構建具有雙層衛星網絡拓撲包括如下步驟：

步驟1a：分析不同運行軌道中衛星的特性，根據本算法中提高網絡吞吐量的要求，選定中地球軌道與低地球軌道兩者結合構建雙層衛星通信網絡拓撲；

步驟1b：基于衛星通信網絡中常用的軌道平面傾角，設定合理可行的衛星節點運行軌道平面；

步驟1c：根據衛星通信網絡中網絡容量與在網衛星數目的關系，分析選定雙層衛星網絡中適用的衛星節點數目；

步驟1d：在構建的雙層衛星網絡拓撲中，依據衛星仰角、天線角度、軌道平面夾角參數，計算層間衛星之間的可見性，并據此建立星間鏈路，以實現數據通信功能；

步驟二：根據衛星網絡實時狀態進行網絡路由設置，以路由請求為驅動，在源端節點與目的端節點之間進行星間鏈路與沿途衛星節點的可用度權值計算，并據此獲取響應路由請求的局部網絡路由狀態；具體包括以下步驟：

步驟2a：當一個新批次的數據包開始傳送，源端節點產生路由請求，向網絡中廣播RQS數據包，在RQS數據包中，設置路由請求時限標簽TTL(Time To Live，生存時間)初始值為20；

步驟2b：RQS數據包在網絡中廣播直到到達目的端節點，RQS包廣播過程中，每到達一個中繼節點，其TTL值即減1，TTL值小于或等于零的RQS數據包將被丟棄；

步驟2c：當目的端節點收到RQS包時，其生成UPD數據包并向網絡廣播，在UPD數據包中，設置TTL初始值為20，D_c初始值為1；

步驟2d：UPD數據包在網絡中回傳，更新并記錄沿途衛星節點的路由信息，UPD數據包每到達一個中繼節點，其TTL值即減1，更新D_c值為本數據包D_c值與本地節點期望傳輸次數ENT(Expected Number of Transmission,期望傳輸次數)值之和，中繼節點將自身節點ID與距離目的端節點的D_c值寫入記錄路由信息的節點列表，并對更新后的UPD數據包進行轉發；

步驟2e：源端節點收到UPD數據包時，UPD數據包中已包含在源端節點與目的端節點之間經由的衛星節點的路由信息，源端節點將據此信息生成參與數據轉發的節點列表，將所有D_c值小于自身的節點寫入轉發節點列表，完成網絡的路由設置階段；

步驟三：結合網絡編碼與多徑路由的方法優化衛星通信網絡的性能，通過計算參與轉發的衛星節點列表，結合數據傳送過程中的編碼操作與目的端完成數據傳送后的解碼操作，在網絡中建立滿足業務需求的有效鏈接，具體包括以下步驟：

步驟3a：當步驟二的路由設置過程完成后，源端節點將數據流中的每M個原始數據包劃分為一個批次；

步驟3b：源端節點將同一批次的原始數據包進行線性隨機編碼，并向編碼后的編碼數據包中添加寫有網絡路由信息的NCMP頭文件；

步驟3c：源端節點持續傳送當前批次的文件，直到其接收到目的端節點發送的ACK數據包，此時轉至下一批次數據包的傳送；

步驟3d：中繼節點監聽網絡中的所有數據傳送，每當接收到一個數據包，中繼節點首先檢查自己是否在轉發節點的列表之中，如果在，則比對當前數據包的批次與本地存儲數據包的批次，中繼節點只轉發最新批次的數據包，丟棄不符要求的編碼數據包；

步驟3e：對于符合步驟3d所述最新批次的數據包，中繼節點繼續檢查當前最新批次的數據包與本地數據包的線性獨立性，這一檢查通過對編碼向量的運算實現，中繼節點重新編碼線性獨立的數據包，丟棄冗余信息；

步驟3f：中繼節點將步驟3e中編碼后的數據包在網絡中廣播，同時對本地數據包進行預編碼操作；

步驟3g：當目的端節點收到編碼數據包時，其同樣如步驟3e所述檢查數據的線性獨立性，當接收到步驟3e中的所述線性獨立的數據包，其查看本地是否已經收到一個完整批次的數據包，如果數據包數目達到M，則目的端節點即刻向源端節點發送一個具有最高優先級的ACK數據包，并同時開始對當前批次編碼數據包的解碼操作；

步驟3h：結束當前批次的數據傳送，更新衛星網絡狀態，等待下一次路由請求；

步驟四：根據衛星網絡的擁塞狀況，網絡中各衛星節點及其星間鏈路的可用度權值，優先選擇傳送數據總代價較小的路由路徑進行數據轉發，提高衛星網絡的吞吐量。