[发明专利]低轨卫星DTN网络路由路径选取方法及系统

说明书

本发明实施例提供一种低轨卫星DTN网络路由路径选取方法及系统，包括根据接触信息与距离信息，对每个节点生成接触计划，通过所述接触计划生成每个节点的接触图；基于发送节点和接触计划中的接收节点，得到邻居节点集合；基于本地节点和所述邻居节点集合中的每一个邻居节点之间的链路状态以及吞吐量，并计算出总时延，生成一个可转发节点集合；将可转发节点集合中的节点中的总时延按照降序排列，选取总时延最小的路径作为最佳路径进行数据传输，总时延第二小的路径作为备份路径。本案充分考虑链路的状态以及排队时延，不会造成节点拥塞或网络拥塞，在保证业务量的基础上能够有效的降低排队时延对整个网络性能的影响。

技术领域

本发明涉及一种低轨卫星DTN网络路由路径选取方法及系统，属于网络路由技术领域。

背景技术

近年来，中国低轨移动通信卫星系统建设飞速发展，“虹云”、“鸿雁”等低轨卫星通信系统先后提出。但这些卫星系统目前采用的组网技术还是以地面IP组网技术为基础。容延迟/中断网络(Delay/Disruption Tolerant Networks，DTN)网络具有断续连通的、时延大、节点的处理能力不够强的特点，使得DTN在空间信息网络具有广泛应用。

DTN在空间信息网络的成功应用证明DTN也可应用于低轨道卫星网络。近年来，将DTN应用于低轨道卫星网络，逐渐受到人们的关注。但由于DTN是直接应用存在一系列的问题，尤其在路由方面，现有DTN路由方法都是根据特殊的场景设计的；没有考虑网络中的关键因素(链路或者节点)以及网络流量，因此存在以下技术问题：网络拓扑的剧烈变化导致链路的频繁中断；节点的存储能力和计算能力有限；现有的DTN路由大多是单路径传输，容易造成堵塞排队，传输效率低，可靠性差。

CGR(Contract Graph Routing)是一种基于先验知识类的路由，通过通信节点间链路的预先规划以及周期性，根据网络中各节点之间的接触计划生成接触图。当通信节点有消息发送时，CGR方法将分析这个接触图并计算出生成下一跳节点的集合，然后在集合中选择传输路径。当数据到达下一跳节点时，CGR方法将在下一跳节点继续运行这个流程。CGR是一种完全依赖连接计划的路由方法，这种方法在周期性应用场景中比其他路由方法要更少的占用存储资源及计算资源。因此，CGR路由自提出以来就被广泛应用于空间信息网络。

随后，多种针对CGR方法的改进方法被提出，包括：

ECGR路由方法：针对避免CGR方法在路由计算中产生环路以及路由震荡，提出一种改进的方法，采用Dijkstra方法计算最短路径，降低了路由方法的开销，目前已成为CGR方法的核心。

CGR-EB路由方法：基于减少节点计算量的考虑提出，在CGR路由方法的基础上增加了扩展块编排对数据包里。

CGR-ETO：最早传输机会方法，考虑三种不同优先级数据的排队延迟，提高各优先级束到达时间的准确性，并提出Overbooking Management机制，来处理接触过度使用的情况该方法是目前认可度最高的CGR方法。

以上改进后的CGR路由均有其优势，但是将CGR路由应用于低轨道卫星网络，尤其针对用户网络传输业务情况，还需要解决现存在的以下几种问题：

1.低轨道卫星节点的动态性非常高，节点之间的连接稳定性差，最终会导致连接计划与实际的网络拓扑不一致，传输的可靠性差，导致连接计划不可靠，最终计算的路径可能是无效的，此时数据包被暂存在卫星节点之中，大大增加了数据包的排队时延，同时增加了卫星节点拥塞的可能性。

2.CGR路由在计算时并没有充分考虑链路的状态以及排队时延，在一些特殊情况下可能会造成传输时延过大甚至缓存溢出而导致的丢包。

3.低轨卫星DTN网络中，会存在一些比较“重要”的节点，这些节点存在于很多路径上，会在同一时间接收到很多数据包，在有限的处理条件下，节点中会缓存很多数据包，不仅仅增加数据包排队时延，而且极其容易致使节点拥塞。