低/中轨道双层卫星光网络自适应路由系统及代理路由计算方法

摘要

本发明公开了低/中轨道双层卫星光网络自适应路由系统，该系统由空间段路由连接星地接入段，中轨道卫星管理层至少由4颗管理员卫星和管理员卫星组成，管理员卫星和管理员卫星直接管理低轨道卫星路由层，低轨道卫星路由层是由一颗主代理卫星、4颗次级代理卫星和至少8颗普通卫星连接组成。计算方法包括拓扑参数；确定低轨道卫星对中轨道卫星接入生存时间报告；主代理节点和链路；星间链路时延；低轨道卫星时延报告；中轨道卫星时延报告；链路负载；路由代价函数计算。双层卫星光网络分为高度动态变化的接入网和周期性变化的空间段核心网两部分，接入网负责空间段与地面网络融合，空间段利用星间激光链路中继直至服务目地卫星。

主权项

1.一种低/中轨道双层卫星光网络自适应路由系统，其特征在于该系统由一个空间段路由连接一个星地接入段组成，所述系统空间段路由包括中轨道卫星管理层(M)，其中轨道卫星管理层(M)至少由4颗管理员卫星M_i和管理员卫星M_n组成，管理员卫星M_i和管理员卫星M_n直接管理低轨道卫星路由层(L)，M_i管理的低轨道卫星路由层(L)是由一颗主代理卫星(vⁱ_p)、4颗次级代理卫星(L^A_i，j)和至少8颗普通卫星(L^B_i，j)连接组成；M_n管理的低轨道卫星路由层(L)由一颗主代理卫星(vⁿ_p)、4颗次级代理卫星(L^A_n，j)和至少8颗普通卫星(L^B_n，j)连接组成，中轨道卫星管理层包括：管理员卫星M_i和管理员卫星M_n的代理模块(1.1)的信号发送给划分管理域模块(1.2)，划分管理域模块(1.2)的信号发送给第一生成模块(1.3)，生成模块(1.3)的信号发送给发送模块(1.4)，发送模块(1.4)的信号发送给第二生成模块(1.5)，第二生成模块(1.5)的信号发送给共享模块(1.6)，共享模块(1.6)的信号发送给全局时延报告模块(1.7)，全局时延报告模块(1.7)的信号发送给路由计算部分的服务卫星选择模块(2.1)，卫星选择模块(2.1)的信号发送给生存时刻判断模块(2.2)，生存时刻判断模块(2.2)持是的信号发送给直接中继判断模块(2.3)，如果生存时刻判断模块(2.2)持否定，则生存时刻判断模块(2.2)的信号发送给管理员卫星和管理员卫星的代理模块(1.1)；中继判断模块(2.3)持是的信号发送给中继转发模块(2.4)，中继判断模块(2.3)持否定，则中继判断模块(2.3)的信号发送给低轨卫星层路由模块(2.5)，中继转发模块(2.4)的信号返回给卫星选择模块(2.1)；低轨卫星层路由模块(2.5)的信号发送给跳转门限判定模块(2.6)，跳转门限判定模块(2.6)持是的信号发送给发送数据模块(2.9)，跳转门限判定模块(2.6)持否定，则跳转门限判定模块(2.6)的信号发送给 层间路由计算模块(2.7)，层间路由计算模块(2.7)的信号发送给中轨卫星层路由模块(2.8)，中轨卫星层路由模块(2.8)的信号发送给发送数据模块(2.9)，发送数据模块(2.9)的信号再返回发送给卫星选择模块(2.1)的前端，中继转发模块(2.4)的信号发送给卫星选择模块(2.1)的后端；低/中轨道双层卫星光网络自适应路由系统及代理路由系统具体操作，按下述步骤进行：1)拓扑参数的确定：网络中的节点对集合可表示为：V＝{(v_i，v_j)∈V×V}，连接节点对(v_i，v_j)的链路记为l_i→j：v_i→v_j，链路参数随时间周期性变化，因此链路代价是一个时变周期函数，记为f_ij(t)，路径p_sd由一系列不会构成自环的弧构成，记为p_sd：{v_s→v_s+1→…→v_d|d＝s+h}；式中：h为路径上弧的数目或称跳数，v_s和v_d分别为源节点和目的节点，s和d分别为源节点逻辑地址和目的节点逻辑地址，源节点逻辑地址为s，则路径上每增加一跳，相应的节点逻辑地址加一；2)、确定低轨道卫星对中轨道卫星接入生存时间报告在系统运行周期内，中轨道卫星与低轨道卫星的接入时间是一个周期分段阶跃函数，把系统周期T分为p个时隙，T_i＝{t_i-1＜t≤t_i|i＝1，...，p}，也即在t_i-1时刻接入，t_i时刻断开，则在任意时隙T_i内两个节点间接入生存时间定义为：式中：v_a→v_b表示节点对(v_a，v_b)间的链接，l_a→b表示该链接的链路；3)、确定主代理节点和链路主代理链路定义为在管理域内与管理员具有最长生存时间的星际链路，对应的低轨卫星节点称之为主代理式中M_i代表中轨卫星节点，表示M_i管理的低轨卫星代理节点，其中j＝0，1，2，3：4)、星间链路时延报告收集卫星节点v_a和v_b间的链路记为l_a→b，其距离记为R(l_a→b)，定义该链路时延函数为式中：c为光速；5)、低轨道卫星时延报告生成卫星节点v_a时延报告DR(v_a)定义为二维的集合其元素分别代表与节点v_a具有星间激光链路的节点v_b和他们之间的时延；低轨道卫星时延报告由主代理、次级代理和普通成员与低轨道卫星间时延组成：式中：L_i，j代表任意的低轨道卫星节点，代表主代理卫星节点，代表次级代理卫星节点，代表普通成员卫星节点，M_i代表管理L_i，j的中轨卫星节点；6)、中轨道卫星时延报告生成由于中轨卫星只和其同层两个卫星具有永久性星间激光链路，覆盖低层五个代理低轨卫星，因此其时延报告：式中：M_i为其中一颗中轨卫星，M_k和M_r为另外两颗和M_i具有永久连接的中轨卫星，表示中轨卫星M_i管理的低轨卫星主代理，代表中轨卫星M_i管理的次级代理卫星节点；7)确定波长使用率业务负载设激光星间链路波分复用的波长数均为W，定义参数将链路l_i→j的波长使用表示为波长利用率表示该链路负载，定义路径p_sd：{v₀→v₁→…→v_h|v₀＝v_s，v_h＝v_d}上波长利用率函数：8)确定路由代价函数任意一条路径p_sd：{v₀→v₁→…→v_h|v₀＝v_s，v_h＝v_d}，路由代价由时延和波长使用二部分组成，时延包括上行链路、下行链路的传输时延和队列时延；波长使用代表业务负载；选路标准是时延和链路负载的综合，用修正Dijkstra最短路径算法计算服务的源宿节点对(v_s，v_d)间路由代价函数f(p_sd)最小的路径p_sd：式中：ρ₀，ρ₁分别为时延和波长利用率加权因子，且ρ₀+ρ₁＝1，D_q是队列时延，h为路径p_sd的跳数，T_max为路径p_sd上链路的最大时延，m是波长利用率指数因子，是卫星节点对i和i+1之间的波长利用率。