[发明专利]一种基于能量感知与负载均衡的卫星流量路由方法及系统

权利要求书

1.一种基于能量感知与负载均衡的卫星流量路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、将各卫星拓扑信息以邻接矩阵的形式计算并存储在各星上；

步骤2)、利用链路广播包，通过链路信息交换机制定时将各星上排队时延、链路和卫星能量信息广播至全网，更新各星上用于路由计算的信息参数；

步骤3)、根据邻接矩阵以及各星上更新后的信息参数，按照不同业务类型的路由方案更新各星上路由表；

路由传输过程中，当有流量发生时，根据数据包头中的业务类型标签以及星上路由表，将不同业务的数据包送入该数据包对应卫星发送链路上不同缓冲队列中等待发送；业务类型包括实时性业务、可靠性业务以及无QoS业务；

当各类业务的缓冲队列容量达到上限时，将该数据包暂存到公共等待队列，并根据不同的业务类型分配不同的生存时间；当公共等待队列中的数据包对应下一跳的出口缓冲队列有空余时，该数据包进入缓冲队列等待转发，否则将自身的生存时间值减1，当生存时间值为0时将该数据包丢弃；

对于能量即将耗尽的卫星，通知邻居卫星减少将数据包发往该卫星，将数据包转发到能量相对充足的邻居卫星，并更新网络的拓扑信息；若卫星未失效链路数量减少到1，则与该卫星连接的卫星只传输最后一跳的数据包至该卫星，若较长时间内链路未恢复或该卫星链路全部失效，则更新全网拓扑信息及各星上信息，触发全局路由重计算，返回步骤1)，从而完成卫星流量分类路由；

可靠性业务采用基于卫星能量感知路由方法，由卫星能量模型计算得到t时刻卫星能量之后，利用链路广播包将卫星能量信息广播到全网，更新星上相关信息并计算路由；

当t时刻卫星剩余能量R(t)与卫星电池容量B的比值满足时，使用链路传播时延与剩余能量的加权路径损耗函数计算路由，加权函数如下：

其中D_l(i,j)是t快照时卫星i和卫星j之间的链路传播时延，D_max和D_min分别是任意两个卫星节点间的最大传播时延和最小传播时延；E_l(i，j)表示链路ij的能量状态；

权重因子μ需在每个快照间隔进行更新，利用R_i表示卫星的剩余能量，μ计算与更新如下：

当满足时，E₁和E₂表示能量等级划分的参数，将与该卫星相连的所有进出口链路的路径权重加α，权重α与链路ij两端卫星节点的能耗状况以及在地球阴影中时间的长短有关，计算公式如下：

其中，e表示卫星是否处于地球的阴影中，

E_i(t)为卫星i在t快照损耗的能量，T_i(t)为卫星i在阴影中的时间，当卫星能耗较大，且在阴影中持续的时间更长，则该卫星的剩余能量将不足以保障长时间的数据传输，在下次路由更新的时候减少将数据包发往该卫星；

当满足时，通知邻居卫星按照相应的比例减少发送数据包，将数据包转发到能量相对充足的邻居卫星。

2.根据权利要求1所述的一种基于能量感知与负载均衡的卫星流量路由方法，其特征在于，各星在快照切换时将各星对应的静态拓扑数据恢复。

3.根据权利要求1所述的一种基于能量感知与负载均衡的卫星流量路由方法，其特征在于，将卫星连续变化的拓扑结构离散化为若干时间段[t₀,t₁]，[t₁,t₂]，…，[t_n-1，t_n]，每个时间段的拓扑视为不变的，并将其抽象成无向图G_i＝(V_i，E_i)，其中V_i表示卫星节点的集合，F_i表示所有的星间链路的集合，星上预先存储拓扑信息的邻接矩阵X[k][i][j]，其表示在第k个快照时，卫星i到卫星j的星间链路传输时延。

4.根据权利要求1所述的一种基于能量感知与负载均衡的卫星流量路由方法，其特征在于，实时性业务的路由通过链路信息交换机制更新星上排队时延和链路传播时延，并计算链路路径损耗函数，最后利用Dijkstra最短路径算法计算实时性业务传播路由。