一种适用于GEO/LEO双层星座网络的路由交换方法

摘要

本发明公开了一种适用于GEO/LEO双层卫星星座网络的路由交换方法。该方法基于动态边界值等长时间段划分系统周期；利用星上处理能力较强的GEO层卫星为每颗LEO卫星计算最优路径和次优路径；在信息传输和交换过程中，当LEO卫星负荷较重时，GEO卫星及时为其分担部分低优先级业务，保证重要信息实时可靠传输；当卫星网络中发生链路拥塞、节点失效等突发情况时，为避免全网重路由，GEO卫星仅为受影响的路径进行重路由计算；链路拥塞消除后，为避免网络中链路资源浪费，LEO卫星及时恢复拥塞前路由信息。在拓扑时变、链路易拥塞、星上资源受限、特殊时期易产生持续高负载流量和节点易失效的卫星网络中，该方法能够降低星座系统开销，缩短收敛时间，节约星上资源，提高链路资源利用率，保证重要信息实时可靠传输，增强了卫星网络的抗毁性和鲁棒性。

主权项

一种适用于GEO/LEO双层卫星星座网络的路由交换方法，分为三个阶段：路由表生成阶段、信息传输与交换阶段、路由表更新阶段，其特征在于各阶段实现步骤如下：（一）路由表生成阶段步骤（1），系统周期内拓扑快照的划分基于动态边界值思想，将星座系统周期划分为2N_L个等长时间段，其中N_L为LEO星座单条轨道上卫星颗数；步骤（2），链路状态信息库的生成步骤（2.1），每个快照起始时刻，GEO卫星向管理组内LEO卫星下达链路状态信息（LMR）收集指令；步骤（2.2），LEO卫星测量其出口链路的状态信息，并生成LMR（L_i,j），LEO卫星出口链路包括：与地面网关/终端相连的用户数据链路（UDL）、与相邻LEO卫星相连的星间链路（ISL）、与管理卫星GEO相连的层间链路（IOL）；步骤（2.3），LEO卫星将生成的LMR（L_i,j）经IOL递交给其管理卫星G_i，G_i等待时间δ，若在时间δ内收到的LMR数量与组成员数量相等，转步骤（2.4），否则G_i向地面控制中心发送卫星节点失效报告alert（Y），并转步骤（2.4）；步骤（2.4），GEO卫星在每个快照起始时刻，测量其出口链路的状态信息，并生成LMR（G_i）；步骤（2.5），GEO卫星将收到的LMR（L_i,j）以及自身LMR（G_i）在GEO层内洪泛；至此，GEO层卫星生成整个网络的链路状态信息库，记为LMR_whole；步骤（3），路由表的生成与分发步骤（3.1），GEO层卫星在生成整个网络的LMR_whole之后，采用Dijkstra算法，以路径传输时延为优化目标，为组内每一颗LEO卫星计算到其余所有LEO卫星的最优路径PX→Y和次优路径P'X→Y，并将结果添加到原始路由表LOT（G_i｜X）中；步骤（3.2），GEO卫星采用Dijkstra算法，以最小跳数为优化目标，为自己计算到其余所有LEO/GEO卫星的最优路径，将计算结果添加到GEO卫星路由转发表GRT（G_i）中；步骤（3.3），GEO卫星将生成的LOT和GRT发送到地面控制中心进行备份；步骤（3.4），GEO卫星依据LOT（G_i｜X）为管理组内每颗LEO卫星计算到目的节点的首选下一跳、备选下一跳，生成路由转发表LRT（X），并通过IOL将其分发给相关LEO卫星；（二）信息传输与交换阶段步骤（1），接口LEO卫星接收到地面网关/终端发送来的分组数据；步骤（2），LEO卫星缓存利用率（BU）判断与分组数据转发；步骤（2.1），当BU<α时，高、低优先级分组数据均由LEO卫星数据转发模块处理，其中α表示缓存利用率阈值，由地面控制中心根据卫星网络实际情况设定；步骤（2.2），当α≤BU<MBU时，高优先级分组数据由LEO卫星数据转发模块处理，低优先级分组数据转交GEO卫星处理，其中MBU表示LEO卫星缓存最大值；步骤（2.3），当BU≥MBU时，分组数据均转交GEO卫星处理；步骤（3），依据分组数据中目的IP地址查找LRT，选择转发路径；步骤（3.1），最优路径链路利用率（LU）判断及分组数据转发；步骤（3.1.1），当LU<β时，高、低优先级分组数据均经最优路径转发，其中β表示最优路径LU阈值，由地面控制中心设定，在特殊时期可将特定区域内卫星LU的β值适当降低或者设置为0；步骤（3.1.2），当β≤LU<MLU时，高优先级分组数据经最优路径转发，低优先级分组数据转交次优路径，其中，MLU表示链路最大利用率；步骤（3.1.3），当LU≥MLU时，高优先级分组数据转交次优路径，低优先级分组数据转交GEO处理；步骤（3.2），次优路径LU判断及分组数据转发；步骤（3.2.1），当LU<β'时，高、低优先级分组数据均经次优路径转发，其中β'表示次优路径LU阈值，由地面控制中心设定；步骤（3.2.2），当β'≤LU<MLU时，高优先级分组数据经次优路径转发，低优先级分组数据转交GEO处理；步骤（3.2.3），当LU≥MLU时，分组数据均转交GEO处理；步骤（4），出口LEO卫星接收到卫星网络发送来的分组数据，依据LRT将其递交给地面网关/终端；步骤（5），GEO卫星接收到管理组内LEO卫星转交的分组数据时，依据其GRT为分组数据选择合适路径；（三）路由表更新阶段步骤（1），当LEO卫星监测到其出口链路的LU值或自身BU值达到阈值之后，向其管理卫星GEO发送链路拥塞报告alert（ISL），当监听到相邻LEO卫星失效时，向其管理卫星GEO发送卫星节点失效报告alert（L）；步骤（2），GEO卫星收到管理组内LEO卫星发送来的故障报告，首先判断故障类型，若为链路拥塞则转步骤（3），若为卫星节点失效则转步骤（4）；步骤（3），链路拥塞时路由表更新步骤（3.1），GEO卫星根据alert（ISL）报告，计算拥塞区域，并在GEO层内广播，接收到通告的GEO卫星将拥塞区域内的链路时延设置为无穷大；步骤（3.2），为避免全网重路由计算，GEO卫星仅对受拥塞区域影响的路径进行重路由计算，分别生成GRT、LOT和LRT；步骤（3.3），GEO将生成后的LRT发送给受拥塞区域影响的LEO卫星；步骤（3.4），受拥塞区域影响的LEO卫星依据更新后的LRT进行分组数据传输与交换；步骤（3.5），当LEO卫星监测到链路拥塞消除或者其自身BU值降到阈值之下时，向GEO卫星发送恢复报告resume（ISL）；步骤（3.6），GEO卫星收到恢复报告resume（ISL）后，解除拥塞区域并恢复链路拥塞前的路由信息；步骤（4），卫星节点失效时路由表更新步骤（4.1），GEO卫星收到alert（L）之后，将该节点所有链路时延设置为无穷大，并在GEO层内广播，同时通告地面控制中心进行修复；步骤（4.2），为避免全网重路由计算，GEO卫星仅对受失效卫星影响的路径进行重路由计算，生成GRT、LOT和LRT；步骤（4.3），GEO将生成后的LRT发送给受失效卫星影响的LEO卫星；步骤（4.3），GEO卫星临时补充、替代失效LEO卫星，依据GRT为其转发覆盖域内的分组数据；步骤（4.4），受拥塞区域影响的LEO卫星依据更新后的LRT进行分组数据传输与交换。