[发明专利]一种适用于GEO/LEO双层星座网络的路由交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GEO/LEO双层卫星网络路由交换方法，属于通信技术领域。

背景技术

路由交换技术是网络正常运行的关键技术之一，也是信息传输与交换的基础。而卫星网络因存在拓扑实时变化、链路频繁切换、节点分布稀疏、流量动态变化、传输时延不可省略、星上处理能力有限等问题，使得地面固定网络以及Ad hoc等网络中现有的路由交换技术不能直接应用。目前多层卫星网络路由交换技术研究大多基于某种或某些特定条件下，解决特定路由交换问题，离实际应用要求还存在一定差距。

多层卫星网络具有较强的军事应用背景，对重要信息传输实时性、可靠性以及卫星网络的抗毁性和鲁棒性具有较高要求。卫星网络具有传输时延长且时延抖动、信道误码率高等特点，链路拥塞概率高于地面网络，拥塞处理不及时将极易造成“拥塞扩散”现象；特殊时期，卫星网络需要持续将大容量的多媒体信息从特定区域传送到本土指定位置，对信息传递的时效性、可靠性要求较高；随着激光武器及导弹精确打击技术的不断发展，特殊时期敌对势力极有可能对我卫星或者地面系统进行锁定摧毁或者临时性干扰，若不及时进行重路由计算，将严重影响特定区域内的信息实时传输以及卫星网络整体性能。

根据路由计算承担对象，可将现有路由交换技术分为基于地面网关的“离线式”路由和基于星上计算的“分布式”路由。其中，基于地面网关的“离线式”路由利用卫星网络的周期性和可预测性，通过地面网关为整个卫星网络计算、分发路由表并依此转发分组数据，优点是星上开销小、算法快速收敛，缺点是自治能力较差、对地面控制中心依赖性较强。当卫星网络出现链路拥塞、节点失效等突发情况或地面控制中心发生故障、失效时，因路由表更新不及时，分组数据大量丢失，严重时整个卫星网络陷入瘫痪状态，信息传输可靠性和卫星网络抗毁性、鲁棒性均难以保证。基于星上计算的“分布式”路由通过路由计算卫星收集链路状态信息，为整个卫星网络计算、分发路由表并依此转发分组数据，优点是实现简单、对拓扑变化能够及时做出反应；缺点是对星上处理能力要求较高、系统开销较大、算法收敛较慢。当卫星网络拓扑频繁变化或者出现链路拥塞、卫星失效等突发情况时，频繁进行全网重路由计算，且算法收敛较慢，严重影响信息传输实时性和可靠性，降低了卫星网络的抗毁性和鲁棒性。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于GEO/LEO双层星座网络的路由交换方法，该方法能够充分利用各层卫星优势，保证信息传输的可靠性和实时性，提高卫星网络的抗毁性和鲁棒性。可用于解决卫星通信中因链路拥塞、节点失效、持续高负载流量等问题而导致的路由表频繁更新、信息易丢失等问题。

本发明的技术方案是：一种适用于GEO/LEO双层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。

该方法分为三个阶段：路由表生成阶段、信息传输与交换阶段、路由表更新阶段。各阶段实现步骤如下：

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），即：