[发明专利]面向低轨卫星网络的洪泛拓扑构建方法、装置和存储介质

说明书

本发明提供一种面向低轨卫星网络的洪泛拓扑构建方法、装置和存储介质，所述方法包括：选择初始物理拓扑中所有的轨道内星间链路；在初始物理拓扑的第一半边拓扑和第二半边拓扑的每两个相邻轨道间各选择一条星间链路，找出所有的轨道间星间链路选择方案；计算每种链路选择方案的洪泛直径，选择具有最小洪泛直径的轨道间星间链路选择方案，所述洪泛直径为洪泛拓扑中最远的两个节点之间的最短距离；基于初始物理拓扑中所有的轨道内星间链路和所述具有最小洪泛直径的轨道间星间链路选择方案构建洪泛拓扑。本发明能够减少在低轨卫星网络中的冗余洪泛信息传递，并使得路由快速收敛，提高低轨卫星网络的运行效率。

技术领域

本发明涉及动态路由技术领域，尤其涉及一种面向低轨卫星网络的洪泛拓扑构建方法、装置和存储介质。

背景技术

近年来，卫星通信技术不断发展，星上处理和星上交换能力日益增强，由卫星互联形成的卫星网络是卫星通信技术中不可或缺的组成部分。其中，位于低地球轨道(LowEarth Oribit,LEO)的低轨卫星网络具有轨道高度低、卫星节点数量多、地表覆盖面积大、具有超低延迟等优点，正成为当下卫星网络的主要研究方向。目前，典型的低轨卫星网络包括“铱星”系统、“全球星”系统和“星链”系统。

低轨卫星网络具有以下特点：一方面，低轨卫星网络具有大尺度和高密度的特点，另一方面，低轨卫星网络由于低轨道卫星的持续运动而引起的拓扑变化。低轨卫星网络的拓扑变化可分为规则拓扑变化和不规则拓扑变化两大类。规则的拓扑变化源于星座的周期性运动，而不规则的拓扑变化则是由异常链路故障和后续链路恢复引起的。随着低轨道卫星网络系统的密集程度不断加剧，低轨道卫星系统的常规拓扑变化频率不断增加，同时非常规拓扑变化发生的可能性也不断提高。

上述低轨卫星网络的特点给路由协议的设计带来了巨大的挑战。现有的地面动态路由协议，如开放式最短路径优先协议(Open Shortest Path First，OSPF)，若直接应用于低轨卫星网络，在应对低轨卫星网络的不规则拓扑变化时将进行全网洪泛，导致大量冗余洪泛信息在星间链路上传递，并且每个节点都需要处理同一洪泛信息的多个副本，从而减小链路带宽并延迟路由收敛。

以OSPF协议为例阐述当地面动态路由直接应用于低轨卫星网络的缺陷：

OSPF协议是一种用于IP网络的路由协议。该协议运行在单个自治系统(Autonomous System，AS)内部。OSPF协议属于内部网关协议，能够将路由信息分发给自治系统内的路由器。互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force，IETF)提出并开发了OSPF协议。它是专为TCP/IP互联网环境设计的，包括了对无类别域间路由(ClasslessInter-Domain Routing，CIDR)的显式支持。OSPF协议进行路由时的依据为IP包头中的目的IP地址。OSPF协议自身具有动态性。这保证了自治系统网络拓扑改变时(如路由器接口故障等情况)，OSPF协议可以快速做出反应并进行路由收敛，路由收敛完成后计算出新的路由。

在面对突发链路故障时，OSPF协议采用洪泛路由协议(简称洪泛)更新各个路由器的链路状态数据库(Link State Database，LSDB)，洪泛过程在整个网络拓扑内进行。这种洪泛机制保证了自治系统中的每一台路由器都建立相同的链路状态数据库。洪泛机制使用链路状态更新报文(Link State Update Packet，LSU)来洪泛链路状态更新通告(LinkState Announcement，LSA)，每条链路状态更新通告都携带了一定的路由更新信息。一个链路状态更新报文可能包含多条链路状态更新通告。每一条链路状态更新通告必须通过链路状态确认报文(Link State Acknowledge，LSAck)进行确认。当发现链路故障并生成链路状态更新报文时，洪泛过程开始。每台路由器收到链路状态更新报文后，会将报文从其他接口(除收到报文的接口外)转发出去。当每个路由器都建立了相同的链路状态数据库，洪泛过程就结束了。一般来说，洪泛过程的持续时间(即路由收敛时间)应尽可能缩短。