[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

说明书

本发明公开了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，通过预先计算并存储拓扑的邻接矩阵，通过广播包更新卫星拥塞和能量信息，然后根据不同业务的路由方案计算路由表，考虑了不同业务流量的传输需求，能够保证可靠传输的前提下以最短路径传输，通过仿真验证，该路由算法可以延长网络的寿命，使网络具有更均匀的能量，并且降低丢包率，提高吞吐量，在能量受限的网络中有效保证可靠业务的传输；所提出的流量分类路由算法，根据业务特点采用不同的路由方案，尤其在网络拥塞和网络能量水平较低的情况下，可以满足不同业务的QoS要求，实现网络负载均衡，优化网络资源的利用。

技术领域

本发明属于卫星网络路由技术领域，具体涉及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。

背景技术

随着航空航天技术的飞速发展，卫星通信在军用、民用领域的作用日益凸显。卫星移动通信系统凭借实时广泛覆盖，大传输量的特性成为地面移动通信网络的延伸，是未来天地一体化的场景中的重要环节。

现有的路由算法中，Werner等人提出快照切换的模型，将动态的网络拓扑转化为静态的离散快照来计算路由。铱星系统采用等时间间隔划分快照，集中计算路由，由地面站间隔一定时间上传更新，将离线计算的路由表存储于卫星。但是将不同路由表上传到各个卫星，不仅增加算法的复杂性，导致星地链路带宽的浪费，而且上传更新的方式难以应对流量突增，卫星失效等突发情况。

随着网络和多媒体技术的发展，人们各方面的业务需求也在逐渐增长，对通信系统综合的服务质量提出了更高的要求。不同的业务对网络传输的要求是不同的，低时延业务要求低延时、尽力交付的网络传输，而可靠性业务对传输时延要求低，需保证可靠传输等。尤其在网络资源紧张的情况下，针对各种业务的特点进行路由传输，能有效实现网络负载均衡，优化网络资源的利用，笼统的将全部业务尽力传输，将会造成网络拥塞。

近年来，单颗卫星的体积和造价在逐步降低，出现了许多微小卫星星座网络，卫星数量庞大，卫星体积更小。如spaceX公司推进的Starlink由接近12000颗卫星组成，具有双层结构和星间链路。而一网公司建设的Oneweb系统也是由2000多颗小卫星组成。在这些星座中，一组小卫星组合可以承担大卫星类似的功能，但是数据传输和接收需要大量的能量，小卫星在能量和计算处理方面有一定的限制，尤其当卫星处于地球阴影和日食的时候，卫星的能耗比较大，当卫星能量耗尽时将导致数据传输的中断。对于一些需要可靠传输的业务数据，应在路由计算的时候考虑卫星剩余能量是否充足，减少将数据包发往能量即将耗尽的卫星。现有的卫星路由策略没有充分考虑网络的应用场景，大部分卫星路由针对单一的业务，并且在能量受限的微小卫星网络中，只考虑使网络寿命最大化，没有考虑不同业务流量的特点，无法实现卫星之间有效传输。

发明内容

本发明的目的在于提供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，以克服现有技术的不足，本发明能够实现网络负载均衡，优化网络资源的利用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于能量感知与负载均衡的卫星流量路由方法，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；