[發(fā)明專利]一種面向超大規(guī)模低軌衛(wèi)星星座的分布式路由管理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110478577.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113141622B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 季曉勇;仉陳;馬婷;徐震杰;張欣
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: H04W24/04
• 分類號: H04W24/04;H04W28/02;H04W40/02;H04W40/20;H04W40/24;H04W84/08;H04B7/185
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發(fā)明公開了一種面向超大規(guī)模低軌衛(wèi)星星座的分布式路由管理方法，首先搭建衛(wèi)星場景；根據(jù)Walker星座構(gòu)型計算衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，采用量化方式劃分星間鏈路的長度區(qū)間，根據(jù)側(cè)向長度變化規(guī)律，建立側(cè)向轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先對照表；采用二維網(wǎng)格傳輸路徑，從最小跳數(shù)路徑集合中找出傳輸距離最短的路徑；根據(jù)目標地址和源節(jié)點地址，確定數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)方向；當(dāng)探測到節(jié)點衛(wèi)星故障時，泛洪故障信息，衛(wèi)星節(jié)點根據(jù)收到的信息完成故障區(qū)域的構(gòu)建并處理轉(zhuǎn)發(fā)至本節(jié)點的數(shù)據(jù)包；本發(fā)明提供了一種故障管理策略，衛(wèi)星節(jié)點發(fā)生故障時，能快速反應(yīng)并形成故障區(qū)域，及時做出應(yīng)對策略，可以以較低的運行復(fù)雜度實現(xiàn)星間數(shù)據(jù)的傳輸，同時保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的魯棒性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及星間路由管理技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種面向超大規(guī)模低軌衛(wèi)星星座的分布式路由管理方法。

背景技術(shù)

相比于地面網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)有覆蓋范圍廣傳輸距離長靈活性強等優(yōu)點。當(dāng)前地面網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展，然而仍然存在一些問題：比如偏遠山區(qū)由于基站建設(shè)費用過高，從而導(dǎo)致沒有很好的通信設(shè)施；一些無人地帶，比如探險區(qū)域，更是存在沒有網(wǎng)絡(luò)的問題；突發(fā)自然災(zāi)害等情況引起的通信設(shè)施損毀便導(dǎo)致無法與外界聯(lián)系。衛(wèi)星通信尤其衛(wèi)星通信網(wǎng)由于其覆蓋范圍廣，不受地面自然災(zāi)害的影響，可以作為以上地區(qū)的主干網(wǎng)絡(luò)與世界上其他地方通信，真正實現(xiàn)全球互聯(lián)，同時可以作為地面網(wǎng)絡(luò)的補充，吸收地面用戶瞬間超載的流量，緩解流量擁堵。我國國土遼闊，很多地方地廣人稀，建設(shè)地面基站的成本過高，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是他們?nèi)刖W(wǎng)的一個選擇。而且，隨著通信業(yè)務(wù)需求的不斷加大，業(yè)務(wù)類型不斷復(fù)雜，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的逐漸應(yīng)用，未來網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)單單依靠地面網(wǎng)絡(luò)有些不夠，空天一體化組網(wǎng)是一種發(fā)展趨勢。無論是作為現(xiàn)今地面網(wǎng)絡(luò)的補充還是應(yīng)對未來通信網(wǎng)絡(luò)的需求，低軌衛(wèi)星星座網(wǎng)絡(luò)都具有非常大的優(yōu)勢和潛力。

自從銥星星座和GlobalStar星座橫空出世，國內(nèi)外對于星間網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的方法研究就持續(xù)不斷。又因為銥星星座率先使用星間鏈路，衛(wèi)星之間地連接基本上相對固定，對于衛(wèi)星組網(wǎng)路由方法地探討又上升了一個新的臺階。銥星星座星上處理和星間鏈路的使用可以說是開創(chuàng)性的，這相當(dāng)于把蜂窩網(wǎng)倒置在空中，能真正實現(xiàn)全球覆蓋與為后來許多LEO衛(wèi)星星座的設(shè)計都提供了思路，同時這也是很多學(xué)者研究衛(wèi)星組網(wǎng)的借鑒場景。我們面向的超大規(guī)模低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)場景優(yōu)勢有：1.離地高度小，傳播時延大幅減小；2.衛(wèi)星數(shù)目較多，網(wǎng)絡(luò)容量大，有能力承載較強的通信需求；3.頻譜利用效率較高，星間鏈路相對固定且有規(guī)律可循。

經(jīng)過對現(xiàn)有文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，對于低軌衛(wèi)星星座路由算法的研究，最早的解決方案是K.Tsai在題為”Darting:a?cost?effective?routing?alternative?for?largespace-based?dynamic?topology?networks”的文章中提出的Darting方法，這種方法屬于一種動態(tài)方法，一般來說動態(tài)路由方法尤其地面動態(tài)路由方法需要節(jié)點間頻繁交換路由節(jié)點信息維護網(wǎng)絡(luò)狀況，這種方法的主要思想是節(jié)點有任務(wù)需求時才更新網(wǎng)絡(luò)拓撲信息，減少了頻繁的拓撲交互，由此也降低了協(xié)議信令開銷。

Werner等人在文章”Adynamic?routing?concept?for?ATM-based?satelliteperson?communication?Networks”中提出了一種基于虛擬拓撲的路由算法，基本思想是在衛(wèi)星運行周期內(nèi)劃分一定的時隙，并且在單個時間段內(nèi)整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲狀態(tài)視為不變，由此依據(jù)Bellman-Ford方法等計算出最佳路由表。這類方法原理上不受具體星座結(jié)構(gòu)的限制，按照時隙排列線下計算的方式屏蔽了拓撲信息計算。這種方式的一個弊端在于整個星座的衛(wèi)星均需要維護每個時隙的路由表，通常情況下衛(wèi)星數(shù)目多，運動速度快，拓撲變化頻繁，這對路由表的存儲空間要求極大。

經(jīng)過現(xiàn)有的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Y.Hashimoto文獻“Design?of?IP-based?routing?ina?LEO?satellite?network”提出，將地球表面劃分為若干個方形區(qū)域并賦予他們固定的邏輯地址。由此在構(gòu)建的邏輯區(qū)域集合中計算出最佳的路由匹配，當(dāng)衛(wèi)星運行到就近的邏輯區(qū)域時，將路由表映射到衛(wèi)星上。這種方式利用了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的對稱性和周期性，顯然減少了路由表的體量。