[发明专利]多层卫星网络中基于分簇的路由方法

说明书

本发明设计一种多层卫星网络中基于分簇的路由方法，主要解决现有卫星网络故障时传输时延大和可靠性低的问题，其方案是：将所有低轨道卫星LEO按轨道分组，在每个组选一个组头；每个高轨道卫星GEO作为群管理者创建管理群，分组头选择星下点距离最短的GEO作该分组头的群管理者；将分组头与组内其他LEO添加入群；根据链路是否出现故障选不同方式接收节点链路信息，若链路故障，则卫星向临轨节点有限扩散，由临轨的分组头接收该卫星的链路状态分组，否则，由组内的分组头接收；分组头将收集到的节点链路状态信息上传到GEO进行路由表计算并分发。本发明能减少网络链路故障时的传输时延，提高信息传输的可靠性，可用于多层卫星网络路由。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，特别涉及一种基于分簇的路由方法，可用于多层卫星网络路由。

背景技术

自从20世纪末期，由于“铱星”系统组网建设计划的推动，人们开始对卫星通信网络的路由技术进行研究。最初对卫星网络路由技术的研究主要集中在低轨道卫星的路由技术，随着空间技术的发展，多层轨道混合的卫星网络的路由技术受到越来越多的关注。多层卫星网络在结构上通常是由两层或两层以上的处于不同轨道面的卫星组合而成，因而多层卫星网络的路由技术也有差异。多层卫星网络其覆盖率要高于单层卫星网络，而且可选路径更多、卫星在组网方面也会更加灵活。

根据卫星轨道高度划分，卫星可分为三类：地球静止轨道卫星GEO，中地球轨道卫星MEO，低地球轨道卫星LEO。不同层的卫星网络通过层间链路构成多层卫星网络，其主要包括GEO/LEO，MEO/LEO,GEO/MEO/LEO等拓扑结构。其中GEO/LEO双层网络结构相比其他多层网络结构具有以下优点：

其一，相比规模庞大，卫星数量多，耗费资源多的GEO/MEO/LEO三层网络结构，网络规模简单。

其二，相较于卫星通信网络系统的建设和维护成本较高和层间链路不稳定的MEO/LEO结构，通信开销小。

其三，GEO/LEO双层结构的卫星可相互补充，即LEO卫星系统弥补了GEO卫星对高纬度地球覆盖不好，传输时延大的不足；GEO卫星弥补了LEO卫星由于运动速度快带来的多普勒效应等不足。同时GEO卫星技术成熟，LEO卫星易于生产，大大提高了该双层卫星网络的可实现性。

在传统双层的网络结构中，通常维持着一种强连接模型，即上层卫星与每个下层的卫星均保持连接。这样的连接模型有两个主要问题：一是层间连接关系复杂，二是GEO卫星对极区LEO卫星无法有效覆盖。

陈健飞等人在2015年发表的论文“多层卫星网络路由策略研究”中公开了一种基于“分群+分组”的卫星管理方法，群管理者GEO卫星只与分组头联系。该方法的实现步骤是：第一步，以地球轴线为分界线将一个极轨道分为两个半圆轨道，将处于同一半圆轨道的卫星称为一个卫星组；第二步，选择卫星组中纬度最低的一颗卫星作为分组头；第三步，由分组头确定覆盖其的一个GEO卫星作为群管理者；第四步，将分组头加入GEO卫星管理群中；第五步，将分组头所在组内的其他LEO卫星加入管理者GEO卫星中。该方法由于组头分发路由信息以及组员报告链路状态分组只在轨内路径，因而当卫星的一条链路出现故障时，路由信息和链路状态分组经过组内另一分组头传递，增大了时延；当卫星的两条链路均故障时，信息无法传递，可靠性大大降低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种多层卫星网络中基于分簇的路由方法，以减少一条链路出现故障时的时延，提高两条链路均故障时的传输可靠性。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)划分卫星组，即将一个极轨道以地球轴线为分界线划分为两个半圆轨道，将处于同一个半圆轨道的卫星合称为一个卫星组，并用二维坐标确定每颗卫星的位置；

(2)在每个卫星组中，选取一颗纬度最低的卫星作为分组头；