[发明专利]一种基于时隙的LEO/MEO双层卫星DTN网络分布式路由的优化方法

说明书

本发明是一种基于时隙的LEO/MEO双层卫星DTN网络分布式路由的优化方法，属于卫星通信领域。本发明为了解决现有技术DTN网络中路由未完全考虑卫星DTN网络环境中卫星运行的规律性和链路的可预测性所造成拓扑关系变化时的大量数据包丢失及链路频繁变换带来的路由表频繁更新，计算量大的问题，进而提出一种基于时隙的LEO/MEO双层卫星DTN网络分布式路由的优化方法。本发明包括：步骤一、构建LEO/MEO双层卫星网络模型；步骤二、根据LEO/MEO双层卫星设计DTN网络分布式路由。本发明适用于卫星通信领域。

技术领域

本发明涉及一种基于时隙的LEO/MEO双层卫星DTN网络分布式路由的优化方法，属于卫星通信领域。

背景技术

近些年来，伴随着无线电通信技术、计算机科学技术、以及深空探测技术的迅猛发展，出现了一些违背传统网络特点的新型网络场景，如野生动物监测传感网络、陆地移动网络、空间网络、海底传感器网络、军事自组织网络。以上新型网络场景存在以下特点：链路延迟大、缺少端到端路径、链路通断频繁、缺乏连续能量供给、传输数据速率不对称，以及节点存储能力受限。而TCP/IP协议作为一种传统网络协议，它的应用条件是场景存在端到端路径、节点间传输时延小、数据包丢失率小、对称数据传输速率。因此新型网络中TCP/IP模型不再适用。因此，科研人员提出了容迟/容断网络(Delay and Disruption TolerantNetwork，DTN)的概念。

容迟/容断网络(Delay and Disruption Tolerant Network，DTN)概念被提出后，DTN网络中路由技术成为如今DTN领域的研究热点。近年来多种DTN路由算法相继被提出，主要分为基于数据复制或数据转发两种方式以适应DTN的受限通信环境。其中数据复制是为每个消息复制多个副本，以增加副本被交付到目的节点的机会，但同时数据复制占用大量带宽和存储资源，易带来数据拥塞。数据转发是依据预测知识选择最优路径逐步转发数据包直到到达目的节点，但面对传输过程中的拓扑变化数据包容易半途丢失。

卫星网络作为深空通信系统的重要组成部分，也属于DTN网络的一种，但同时卫星DTN网络也有着卫星节点周期性运行及拓扑可预测的独特优势，这些特点在传统DTN经典算法中并未完全考虑进去。

ED算法是DTN网络路由算法的一种，在计算路由的过程中可利用卫星节点运行周期性及拓扑可预测性计算得到链路预测数据，从而进行路由选择，将传输时延和传播时延的总和作为链路开销，因此具有实时性效果较好，路由表可提前算出，卫星上数据计算量较小的特点。但ED算法作为源路由算法的一种，路由表在源卫星节点就被计算出，一旦传输过程中卫星发生故障或某中间节点处存在其他消息于队列中使该数据包不能立即发出，这就会导致数据包到达下一跳节点的时间不同于预测时间，从而使后续路由选择出现错误，导致数据包丢失、时延增大。而在路由时隙方面ED算法采用等长时间分片，虽然原理简单，实现简单，但适应网络中链路通断变化的性能差，易造成路由错误或错过可通信机会。

发明内容

本发明为了解决现有技术DTN网络中路由未完全考虑卫星DTN网络环境中卫星运行的规律性和链路的可预测性所造成拓扑关系变化时的大量数据包丢失及链路频繁变换带来的路由表频繁更新，计算量大的问题，进而提供一种基于时隙的LEO/MEO双层卫星DTN网络分布式路由的优化方法。

步骤一、构建LEO/MEO双层卫星网络模型；

构建LEO/MEO双层卫星网络模型，MEO+6LEO为双层卫星网络，采用1颗MEO卫星和6颗LEO卫星组成系统空间段，其中，MEO+6LEO双层卫星星座参数为：6颗LEO卫星，轨道周期为120min，轨道高度为1680.8km，轨道倾角60°，服从walker星座分布，每个轨道2颗，均匀分布在三个轨道上；1颗MEO卫星，周期为710.6min，高度为20000km，轨道倾角为55°；

步骤二、根据LEO/MEO双层卫星设计DTN网络分布式路由；