[發明專利]一種低軌衛星通信網絡中的星間路由方法

有效

• 申請號: 202010660779.5
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111953399B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 燕鋒;張路;章躍躍;夏瑋瑋;沈連豐;胡靜;宋鐵成
• 申請（專利權）人: 東南大學;上海航天電子通訊設備研究所
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L45/28;H04L45/00;H04L45/74
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發明提出一種低軌衛星通信網絡中的星間路由方法，該方法是一種基于心跳包技術的動態星間網絡路由方法。首先，網絡中的每個衛星節點使用心跳包機制，維護與鄰居節點的動態鏈路和節點邏輯地址等信息，進而維持一個由邏輯地址組成的衛星通信網絡的拓撲結構。源節點根據與目的節點的相對位置，先確定軌道內跳數和軌道間跳數，然后確定數據包的垂直傳輸方向和水平傳輸方向，最后，確定垂直傳輸和水平傳輸的優先級。此外，當有鏈路故障或擁塞時，將故障鏈路信息在網絡中泛洪，采用規避算法，避開故障鏈路，選擇合適路由。上述方法在低軌衛星通信網絡節點故障等情況下，能動態進行衛星節點路由，同時具有較小的路由開銷和平均端到端時延。

技術領域

本發明涉及低軌衛星通信網絡中的路由領域，尤其是一種低軌衛星通信網絡中的星間路由方法。

背景技術

低軌衛星通信網絡(Low Earth Orbit Satellite Communication Network)因為其具有廣闊的應用前景而受到越來越多的研究關注，這些應用一般都是基于衛星通信具有大范圍覆蓋、遠距離傳輸、靈活接入等優點，比如移動通信、導航定位、軍事應用等。低軌(Low Earth Orbit，LEO)衛星具有傳輸損耗小，通信試驗地，功耗低等諸多優點，但是，為了實現全球無縫覆蓋，就需要多顆衛星組成低軌衛星星座，為全球寬帶移動互聯網提供接入服務。衛星星座的拓撲結構一直處于不斷變化中，且軌道間鏈路會隨著軌道間衛星相對位置的變化而變化，因而研究低軌衛星通信網絡的路由技術具有很重要的意義。

考慮低軌衛星通信網絡的拓撲是動態變化的特點，在實際路由設計的時候，需要設計方案，以減小網絡拓撲動態變化特性帶來的影響。目前已有很多算法研究低軌衛星通信網絡中的星間路由協議，大多數采用虛擬化網絡拓撲結構的方法，屏蔽動態變化特性的方式。

一種對拓撲結構虛擬化的方法是從時間上進行虛擬化，這種方法事先計算好路由表，存儲在衛星上，按照時間片更新路由表，這種方式不能應對網絡擁塞、節點故障等突發情況。

另一種對拓撲結構虛擬化的方法是將星座的覆蓋區域虛擬化，并為每個區域定義一個邏輯地址以代替衛星的邏輯地址，在衛星運行過程中，將衛星映射為離之最近的虛擬衛星節點的位置。從空間上虛擬化的方法無需事先進行路由計算，并且能夠應對擁塞、節點故障等突發情況。但是，虛擬衛星節點的位置和實際衛星節點的位置之間存在誤差，會對性能產生一定影響。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種低軌衛星通信網絡中的星間路由方法，在低軌衛星星座拓撲結構動態變化的影響下，能夠實時計算合適的路由路徑，并進一步能針對網絡擁塞、節點故障等突發情況，動態選擇合適的路由路徑，增加路由方法的魯棒性。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明所提供的一種低軌衛星通信網絡中的星間路由方法，充分利用低軌衛星運動的周期性、規律性，應對低軌衛星星座的動態變化特性。所述低軌衛星通信網絡中的衛星節點，通過星間鏈路，組成低軌星座，以更靈活的方式提供實時通信。該方法包括如下步驟：

(1)低軌衛星通信網絡在啟用前，初始化網絡中的所有衛星節點，將衛星實際物理地址映射為邏輯地址，使每個衛星節點擁有固定的邏輯地址(i，j)；其中(i，j)表示第i個軌道面的第j個衛星節點；當網絡開始啟用時，網絡中的各衛星節點會進行周期性、規律性的繞地運動，擁有邏輯地址的衛星節點構成的衛星星座拓撲動態變化；每顆衛星周期性的向鄰居節點發送hello包，并通過hello包的數據，在本地記錄鏈路狀態信息，鏈路狀態信息包括對應星間鏈路的傳輸時延、對應衛星節點在網絡中的邏輯地址以及網絡中的節點故障與擁塞信息；鄰居節點會根據本地保存的鏈路狀態信息，為數據包轉發選擇合適的路徑，以應對節點故障和網絡擁塞帶來的影響；

(2)對于低軌衛星通信網絡中的任意一個路由請求，在從源節點S到目的節點D的多跳路由中，路由的調度方法包括步驟：