[发明专利]基于预测的卫星网络自适应拓扑发现与维护方法

说明书

本发明公开了一种基于预测的卫星网络自适应拓扑发现与维护方法，主要解决现有卫星网络中由于网络拓扑频繁变化导致的拓扑发现与维护开销大的问题。其实现步骤是：1)网络节点计算本节点未来一段时间内的轨道数据，并与邻居节点交换轨道数据，依据交换所得的轨道数据预测与邻居节点的未来一段时间内的通断情况并在全网同步；2)利用预测的通断情况动态调整拓扑发现与维护报文的发送频率；3)在网络节点发现与邻居节点的实际通断情况和预测的通断情况不一致时，通过与邻居节点重新交换轨道数据预测新的未来一段时间内的通断情况并在全网同步。本发明与现有技术相比能够在实现卫星网络动态拓扑发现与维护的同时降低开销，可用于卫星通信网络。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，更进一步涉及一种自适应拓扑发现与维护方法，可用于卫星通信网络。

背景技术

卫星通信网络具有覆盖范围广、通信距离远、不受地理条件限制，且传输质量好、组网灵活等特点，为实现全球实时无缝信息传递，提供了有效的解决手段。

卫星网络拓扑发现与维护是路由协议的重要组成部分，是路由算法计算路由的依据。高效的拓扑发现与维护协议可以降低卫星节点能量的消耗，延长网络寿命，提高链路利用率。然而，因为卫星节点的运动，卫星网络存在拓扑结构变化快的特性，给设计适用于卫星网络的拓扑发现与维护协议提出了严峻挑战。

卫星依据轨道运动，通过卫星的六个轨道根数，利用轨道预测模型可以确定卫星未来一段时间内任意时刻的位置和运动状态。卫星通过与邻居卫星交换预测的轨道信息可以获得未来一段时间内任意时刻与邻居的通断信息，可以利用这些信息优化卫星的拓扑发现与维护机制，降低卫星拓扑发现与维护的资源消耗，提高链路利用率。

卫星网络中的路由方式主要有两种，一种为静态路由，另外一种为动态路由，两种路由方式使用不同的拓扑发现与维护协议。

静态路由使用的拓扑发现与维护协议是根据卫星运动的可预知性、周期性和地球自转的周期性，将卫星网络的运行周期划分为n个时间片段。协议认为网络拓扑的变化只发生在时间片段的切换时刻，在时间片段内，卫星网络拓扑结构不会发生变换。这种协议的优点是链路开销小，但是所需要的存储资源开销大，无法实时的发现网络拓扑的动态变化。因此，当卫星节点失效时，网络中的其他节点依然按照未有节点失效的拓扑进行路由表的计算，将导致大量网络连接断开，网络流量显著降低，甚至是全网瘫痪。

动态路由使用拓扑发现与维护报文动态感知卫星网络拓扑结构的变化。这种协议在应对网络中各种变化时具有很强的灵活性，可以及时发现网络拓扑的变化，但是由于卫星网络拓扑变化频繁，导致网络节点需要频繁发送拓扑发现与维护报文，占用大量链路资源，使得网络节点的负荷大大加重。

发明内容

本发明的目的在提出一种基于预测的卫星网络自适应拓扑发现与维护方法，以解决上述现有技术由于网络拓扑频繁变化所导致拓扑发现与维护开销大的问题，减小网络节点的负荷，提高卫星网络资源的利用率。

实现上述目的技术思路是，网络节点通过本节点的轨道六根数计算本节点未来一段时间内的轨道数据，并与邻居节点交换轨道数据，依据交换所得的轨道数据预测网络节点与邻居节点的未来一段时间内的连通情况并在全网同步；根据链路连通情况，自适应的调整拓扑发现与维护报文的发送频率；在网络节点发现与邻居节点的实际连通情况和预测的连通情况不一致时，通过与邻居节点重新交换轨道数据预测新的未来一段时间内的连通情况，以在全网同步；当邻居节点的实际连通情况与预测情况一致时，则网络节点直接利用预测的连通情况代表邻居节点的连通情况。

依据上述思路，本发明的实现步骤包括如下：

(1)启动网络节点：设置网络节点的轨道六根数，周期性地广播带有自身ID的拓扑发现与维护报文，初始化邻接关系表为空，初始化链路状态数据库为空；