[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

说明书

本发明公开了一种面向超大规模低轨卫星星座的分布式路由管理方法，首先搭建卫星场景；根据Walker星座构型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；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；本发明提供了一种故障管理策略，卫星节点发生故障时，能快速反应并形成故障区域，及时做出应对策略，可以以较低的运行复杂度实现星间数据的传输，同时保证网络服务的鲁棒性和可靠性。

技术领域

本发明涉及星间路由管理技术领域，主要涉及一种面向超大规模低轨卫星星座的分布式路由管理方法。

背景技术

相比于地面网络，卫星网络有覆盖范围广传输距离长灵活性强等优点。当前地面网络高速发展，然而仍然存在一些问题：比如偏远山区由于基站建设费用过高，从而导致没有很好的通信设施；一些无人地带，比如探险区域，更是存在没有网络的问题；突发自然灾害等情况引起的通信设施损毁便导致无法与外界联系。卫星通信尤其卫星通信网由于其覆盖范围广，不受地面自然灾害的影响，可以作为以上地区的主干网络与世界上其他地方通信，真正实现全球互联，同时可以作为地面网络的补充，吸收地面用户瞬间超载的流量，缓解流量拥堵。我国国土辽阔，很多地方地广人稀，建设地面基站的成本过高，卫星网络是他们入网的一个选择。而且，随着通信业务需求的不断加大，业务类型不断复杂，大规模物联网的逐渐应用，未来网络的架构单单依靠地面网络有些不够，空天一体化组网是一种发展趋势。无论是作为现今地面网络的补充还是应对未来通信网络的需求，低轨卫星星座网络都具有非常大的优势和潜力。

自从铱星星座和GlobalStar星座横空出世，国内外对于星间网络组网的方法研究就持续不断。又因为铱星星座率先使用星间链路，卫星之间地连接基本上相对固定，对于卫星组网路由方法地探讨又上升了一个新的台阶。铱星星座星上处理和星间链路的使用可以说是开创性的，这相当于把蜂窝网倒置在空中，能真正实现全球覆盖与为后来许多LEO卫星星座的设计都提供了思路，同时这也是很多学者研究卫星组网的借鉴场景。我们面向的超大规模低轨卫星网络场景优势有：1.离地高度小，传播时延大幅减小；2.卫星数目较多，网络容量大，有能力承载较强的通信需求；3.频谱利用效率较高，星间链路相对固定且有规律可循。

经过对现有文献的检索发现，对于低轨卫星星座路由算法的研究，最早的解决方案是K.Tsai在题为”Darting:a cost effective routing alternative for largespace-based dynamic topology networks”的文章中提出的Darting方法，这种方法属于一种动态方法，一般来说动态路由方法尤其地面动态路由方法需要节点间频繁交换路由节点信息维护网络状况，这种方法的主要思想是节点有任务需求时才更新网络拓扑信息，减少了频繁的拓扑交互，由此也降低了协议信令开销。

Werner等人在文章”Adynamic routing concept for ATM-based satelliteperson communication Networks”中提出了一种基于虚拟拓扑的路由算法，基本思想是在卫星运行周期内划分一定的时隙，并且在单个时间段内整个网络的拓扑状态视为不变，由此依据Bellman-Ford方法等计算出最佳路由表。这类方法原理上不受具体星座结构的限制，按照时隙排列线下计算的方式屏蔽了拓扑信息计算。这种方式的一个弊端在于整个星座的卫星均需要维护每个时隙的路由表，通常情况下卫星数目多，运动速度快，拓扑变化频繁，这对路由表的存储空间要求极大。

经过现有的文献检索发现，Y.Hashimoto文献“Design of IP-based routing ina LEO satellite network”提出，将地球表面划分为若干个方形区域并赋予他们固定的逻辑地址。由此在构建的逻辑区域集合中计算出最佳的路由匹配，当卫星运行到就近的逻辑区域时，将路由表映射到卫星上。这种方式利用了卫星网络拓扑结构的对称性和周期性，显然减少了路由表的体量。