[发明专利]基于链路代价增量的星座路由算法

说明书

技术领域：

卫星星座作为今后全球移动覆盖的重要组成部分，越来越引起人们的重视。随着卫星技术上的不断成熟，对空间网络技术的研究已逐步开展起来。由于天上的网络条件与地面上有许多不同之处，不能简单地套用地面的分析方式。而且构建实际的网络用于研究从代价上讲不切实际，通常采用的方法是仿真和理论分析。因此建立起合理的理论模型，在给定的业务统计模型，来分析星座网络的路由是非常必要的。

背景技术：

本发明参照多协议标签交换(MPLS)模式来构建星座网络框架，如图1所示。用户层：由多种类型的终端组成，如卫星手持移动终端、小型专用局域网用户以及其他网络用户。接入层：由于MPLS网络中标签边缘交换路由器(LER)需要处理大量的工作，因此本文使用地面设备担任LER，如卫星网络接入设备和网关站。核心层：由星座卫星节点组成，担任标签交换路由器(LSR)，负责将数据包按照MPLS标签进行交换转发。由于星座网络拓扑的动态特性和有限的链路资源，因此和地面组网方式存在较大的差异。

发明内容：

本发明针对全球分布的多媒体业务，提出了一种应用于星座网络负载均衡的路由算法。该算法首先考虑了星座的拓扑和业务分布特性，结合星间传播时延和星上排队时延定义了初始链路代价。同时对于可能引起拥塞而使得服务质量下降的多个路径共用的星间链路，定义为关健链路，并由此引入了关键链路代价增量的概念。其方法是通过为每个待安排路由的业务计算出k条最短时延的候选路径从而出定m条关键链路，然后采用代价增量分别计算出每个路径的业务存在对关键链路代价的改变，以此判断对其它业务路由选择的影响。在此，算法还考虑了拥塞控制机制，通过比较拥塞门限使得部分业务重新设计路由，达到控制拥塞的目的。

初始链路代价L₀(i，j)由传播时延E_p(i，j)和链路排队时延E_q(i，j)两部分组成，如下：

其中n_q(i，j)是当前时刻等待队列长度，L_av是平均分组长度，d_i，j是卫星i到卫星j的距离，C是星间链路处理能力，t_s是周期开始时刻，c＝3×10⁸m/s为光速。

关键链路代价增量δ(i，j)为潜在业务占用关键链路后的时延增加，其中，CL为平均排队时延，为链路上原来的业务，为潜在业务达到，N为服务器数量。关键链路代价增量越大，对应着排队时延越长，该链路发生拥塞的可能性越大，同时也说明潜在业务的加入对其它业务选择该链路的影响越大。

拥塞门限计算为其中，为当前服务器利用率。当链路i，j的拥塞概率超出则发生拥塞，需要启动控制机制进行控制。

附图说明：

图1系统结构图

图2算法流程图

具体实施方式：

星座网络管理链路状态数据库CLSD根据当前网络状态信息，采用本文路由算法计算标签交换路径LSP，并直接将路由信息标签发给各个卫星。算法流程图如图2所示。具体算法实现步骤如下：

步骤1.根据业务-拓扑模型，分别获得当前拓扑连接状态X和业务请求Ψ矩阵。

步骤2.计算链路阻塞概率和阻塞阈值，判断网络中非空闲星间链路是否拥塞。如果是，启动拥塞控制策略，根据业务占用带宽大小，选出要重新选择LSP的业务放入集合Ψ_d，加入新业务请求矩阵Ψ_n＝Ψ+Ψ_d，直到小于阻塞阈值然后从拓扑中删除拥塞链路，避免重新选路时反复拥塞。

步骤3.计算初始链路代价函数；为Ψ_n中的各业务计算k_s，d条可选路径，放入候选路径集合K；从以上路径中选出关键链路集合C_CL，将经过关键链路ISL_i，j的LSP集合记为L_i，j。

步骤4.计算L_i，j中各LSP承载的潜在业务造成的关键链路的代价增量，并按从小到大的顺序排列，这样尽可能多地保留LSP。

步骤5.对关键链路cl，依次判断该链路上各条LSP是否被经过的其它关键链路保留。如果是，则记录它为该节点对的最终LSP，并删除该节点对其它k-1条候选路径；如果不是，则删除该LSP，并选择一条未保留路径中重新加入关键路径。在剩余带宽满足要求和缓存不“溢出”的约束下，继续判断下一条LSP，直到关键链路cl上所有LSP处理完毕或者缓存“溢出”为止。