[發明專利]一種面向正交圓軌道構型衛星星座的高效路由方法

有效

• 申請號: 202010044607.5
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111294108B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 雷磊;包翔;寇克燦;葛以震;沈高青;李志林;蔡圣所;張莉涓;宋曉勤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L12/707;H04L12/721;H04L12/759
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本發明公開了一種面向正交圓軌道構型衛星星座的高效路由方法。該方法根據星座鏈路模型提出了以就近原則和趨近原則以及赤道軌道衛星主動周期性更新機制來保證網絡鏈路的合理性和便宜性，然后在鏈路模型的基礎上提出基于跳數預測的鏈路優先級算法，通過鏈路實際通斷狀態，不回傳策略導致的鏈路偽斷開狀態，目的節點方向，鏈路擁塞程度和鏈路傳播時延因素的依次決策，最終衛星根據各鏈路的優先級發出數據包。并且根據源衛星節點和目的衛星節點的類別分為了四種情況進行討論，根據衛星編號和狀態信息，針對每種情況都給出了從不同鏈路發出數據包的跳數預測方法。

技術領域

本發明屬于衛星組網領域，特別涉及面向正交圓軌道構型衛星星座的高效路由方法。

背景技術

隨著互聯網技術的廣泛應用和航空航天產業的迅速發展，利用衛星網絡開展互聯網業務業已成為熱點問題，星間路由技術則是其關鍵。根據實現機制可以將這些路由方法分為三個類別：基于虛擬拓撲的路由算法，基于虛擬節點的路由算法，動態拓撲更新路由算法。

基于虛擬拓撲的路由算法的基本思想是根據衛星運行的周期性將星座周期分為若干小的時間片段，在每個時間片中，可以認為衛星是靜止的，衛星網絡拓撲沒有發生改變，從而屏蔽衛星的高動態拓撲特性。一般地，先在地面分別計算出各時間片拓撲所對應的路由表，然后將其存儲到各衛星上，那么在衛星運行過程中就只需要根據運行時間判斷使用什么路由表就可以正確路由了。雖然這種路由算法易于實現，但是由于需要衛星預存儲所有階段的路由表，對衛星的存儲能力是有一定要求的，而且因為路由都是提前計算的，衛星網絡的抗毀性較差。基于虛擬節點的路由算法又稱為覆蓋區域分割法，該方法同樣利用了衛星運行的周期性，將地球表面的區域根據衛星運行的特點劃分為不同的覆蓋區域，并給覆蓋區域定義一個邏輯地址，在某一時刻，衛星根據離各區域的距離映射到最近的區域，通過固定的地面邏輯地址屏蔽衛星的運動性。此種算法雖然不需要提前計算路由，需要的存儲空間較小，但對星座的規則性要求苛刻，實用性較差。運行動態拓撲更新類型算法的衛星節點通過實時交換網絡鏈路信息，從而各節點根據自己獲取的拓撲信息表計算出相應的路由表，該類型的算法由于是根據實時的網絡狀態計算路由，所以擁有良好的抗毀性能，對網絡突發狀況通常有能力做出較好的反應，但是頻繁的交換網絡信息且計算復雜度高對衛星系統的硬件條件也提出了挑戰。

基于虛擬拓撲和基于虛擬節點的路由方法是通過從不同的方面來屏蔽衛星拓撲的高動態性，在一定程度上屬于過度地利用衛星運行的規則性。在衛星通信系統中，采用星上處理、星上交換以及星上路由技術將大幅提高衛星網絡的效能，僅僅依靠先驗知識來計算路由存在著很大的缺陷，所以能根據網絡環境做出調整的分布式動態路由更新機制是一個更好的選擇。而且目前無連接的IP機制是地面網絡事實上的技術標準，為了便于衛星網絡更好的與地面互聯網融合，越來越多的學者開始著眼于無連接的星上路由機制的研究，基于動態拓撲更新的機制也非常適合設計出無連接的路由算法。但是現有的衛星動態拓撲更新類算法一般是在地面路由算法的基礎上修改適配而來，衛星節點間交換網絡信息過于頻繁，對星座拓撲的利用又過少，沒有充分的發揮出通信衛星星座強規律性的優勢。現有算法的另外一個問題是所設計的路由算法復雜度普遍較高，在資源緊缺的衛星系統中是不適用的。故設計出一種能充分利用星座規律，且能隨網絡狀態而變化，計算復雜度又低的路由算法是非常有必要的。

發明內容

本發明的目的是面向正交圓軌道構型衛星星座，提出一種基于跳數預測的鏈路優先級高效路由方法，利用衛星運行的規律，降低星座網絡的路由開銷。為了實現該目的，本發明所采用的步驟是：

步驟1：網絡拓撲變化觸發衛星狀態信息更新。本發明提出的路由方法屬于分布式路由方法，各衛星根據數據包的目的地址和衛星狀態信息確定下一跳節點。觸發鏈路信息更新的拓撲變化，主要有極軌道衛星和赤道軌道衛星之間的運動導致的相連接衛星的切換和極軌道衛星進出極區導致的鏈路拓撲改變。由于衛星運動的周期規律性，這兩種拓撲變化信息也是各自以一定的周期進行觸發的。