[发明专利]一种面向超大规模低轨卫星星座的分布式路由管理方法

权利要求书

1.一种面向超大规模低轨卫星星座的分布式路由管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、搭建卫星场景；根据Walker星座构建计算卫星网络的拓扑结构，采用量化方式划分星间链路的长度区间，根据侧向长度变化规律，建立侧向转发优先对照表；具体地，

采用Walker-δ星座α：h：N×M/M/F；其中α表示卫星轨道倾角，h表示卫星距离地面高度，N表示卫星轨道数目，M表示各卫星轨道上的卫星数目，F表示相邻轨道之间的相位偏移；t时刻，第i个轨道平面上第j颗卫星的位置(x_ij，y_ij，z_ij)表示如下：

其中，

t表示时间，r表示卫星轨道半径，ω表示卫星绕地球运行角速度；i,j表示节点在网络中的唯一地址；在本卫星网络中，每个卫星节点除了与同轨道上两个相邻卫星连接外，还与相邻轨道上相同编号的卫星节点间连接，因此卫星节点i,j和i+1,j距离变化如下表示：

其中，A、B、C均为常数，δ如下表示：

根据距离变化模型，设定侧向转发优先对照表，量化两节点间侧向链路的长度变动情况，且侧向转发优先对照表中的值与轨道面间的侧向链路长度呈反比；

步骤S2、采用二维网格传输路径，从最小跳数路径集合中找出传输距离最短的路径；根据目标地址和源节点地址，确定数据包的转发方向；当数据包运行到任意卫星节点时，根据每个节点维护的侧向转发优先对照表和链路拥堵情况确定下一跳的转发路径；

所述步骤S2中确定数据包的转发方向及转发路径具体步骤包括：

步骤S2.1、将接收数据的卫星节点作为当前节点xc,yc，数据包中包含目的卫星节点的地址xd,yd；当前节点收到数据后，首先确定转发端口；

根据当前节点和目标节点的位置，查询侧向转发优先对照表，得到两点之间侧向转发优先度的单调变化关系；当路由范围内有更大的侧向转发优先值，则存在横向链路更小的选择，下一跳路径优先轨内纵向转发；当路由范围内没有更大的侧向转发优先值，则轨间侧向链路变化最短，数据包下一条路径优先轨间侧向转发；

步骤S2.2、卫星自发周期性地交换自身状态信息，自身状态信息拥有最高的数据转发优先级，在固定时隙进行转发，不受突发流量和数据传输任务的影响；当路由优先转发路径的下一跳节点产生拥堵时，会选择次优链路节点作为下一跳目的地进行转发；当两个节点均堵塞无法传输时，则等待故障处理完成，再进行前向传输；

步骤S3、相邻卫星节点周期性交换自身状态信息，当探测到节点卫星故障时，泛洪故障信息，卫星节点根据收到的信息完成故障区域的构建并处理转发至本节点的数据包；

所述步骤S3中的探测到节点卫星故障时的处理机制如下：

每个卫星维护一个连接矩阵R，当检测到卫星节点出现故障时，故障信息会泛洪；单个卫星节点根据收到的故障节点信息独自计算故障区域，并根据自身节点是否属于矩形节点故障区域决定信息是否进一步泛洪；故障区域内的节点采用Floyd算法计算故障区域内节点之间的最小跳数转发路径并形成各自的路由表；

所述数据包在故障区域内传播包括以下处理方式：

(1)当目标节点位于故障区域外并且不需要穿过故障区域时，按步骤S2所述路径转发规则进行转发；

(2)当需要穿过故障区域时，数据包到达边界后，沿着边界节点转发至故障区域出口，将所述出口定义为距离目的节点跳数最小的边界节点，从出口处继续转发完成数据传输；

(3)当目标节点在故障区域内，数据包到达边界后，根据边界节点维护的路由表转发至目标节点即可；

(4)当目标节点属于故障节点集合时，数据包丢弃，此时故障信息将重新路由返回至源节点。