[发明专利]一种面向动态离散拓扑的天地一体化网络广域路由机制

说明书

本发明涉及一种面向动态离散拓扑的天地一体化网络广域路由机制，所述方法包括以下步骤：步骤1：构建动态离散拓扑模型，表征天地一体化网络中卫星网段的时变拓扑结构；步骤2：基于动态离散拓扑模型，提出一种面向动态离散拓扑的天地一体化网络广域路由机制(Dyna‑STN)，在管理平面中定义了层次化架构来实现Dyna‑STN，该层次化架构包括了动态离散拓扑管理平面和路由管理平面；动态离散拓扑管理平面维护卫星实体、虚拟节点和时隙之间的动态绑定关系，实现卫星实体间的服务迁移，维护虚拟节点的服务连续性；路由管理平面在虚拟覆盖网络中部署OSPF路由信息交换协议，实现卫星‑卫星、卫星‑地面节点间的路由可达信息交换，建立路由表。

技术领域

本发明涉及一种路由机制，具体涉及一种面向动态离散拓扑的天地一体化网络广域路由机制，属于卫星通信技术领域。

背景技术

在过去十年中，传统地面无线通信系统的用户数量和服务种类呈爆炸式增长。预计未来网络将拥有比当前网络更多的资源来处理不断增长的流量需求。然而，受限于地面通信系统的网络容量和覆盖范围，在农村、山区、海岛等偏远地区，仅靠地面通信系统无法提供高速可靠的无线接入服务。因此，亟需开发一种新的网络架构，以适应不同场景下多样化的业务和应用，满足不同服务质量的需求。

近年来，6G网络研究的重点已经转向非地面网络的开发，以促进全球范围内持续、无处不在、高容量的连接和异构服务支持。6G设想了一种三维异构架构，其中地面基础设施由无人机、高空平台和卫星等非地面网络元素补充。这些网元不仅在人口稠密和未服务地区提供按需经济高效的覆盖，而且还支持中继、回程、高速移动和高吞吐量混合多重播放服务。

近地轨道(Low Earth Orbit，LEO)卫星网络的兴起引起了学术界和工业界的广泛关注。天地一体化网络(Satellite-Terrestrial Integrated Networks,STN)通过互连卫星网段和地面网段，被认为是一种有前景的6G网络架构。具体而言，卫星网段可以无缝连接农村、海洋和山区等偏远地区，而密集部署的地面网段可以为高需求地区的用户提供高速接入。然而，STN的网络设计和协议优化受一些固有特性的影响，将面临诸多挑战。本发明分析了STN的一些内在特性，主要包括：

(1)异构性：STN网络包括各种采用不同接入技术和网络设备的无线通信系统，如卫星通信、微波通信和移动通信等。这些技术和设备具有不同的传输速率、带宽、时延和覆盖等特性，导致了STN的异构性。为了实现协同控制、管理、数据传输和互联互通，需要设计适应性强的网络协议和管理策略。通过整合现有无线通信系统的优点，不同的协议可以支持不同的功能或应用，使得STN异构网络能够提供多种数据包传输。此外，STN还可以根据用户需求选择合适的网络接入技术，提供更好的服务。

(2)自组织性：卫星、地面站等STN组件分布广泛，需要自动配置、管理和维护。自组织赋予网络一定的智能性和适应性，使其能够自动调整拓扑结构、配置和资源利用率，以适应不同的应用场景和网络负载。STN的自组织特性使其能够在基础设施环境中实现路由和转发功能。STN融合多层网络，接入各种移动设备，抗破坏能力强。适用于军事通信、应急服务、灾备等场景。

(3)拓扑时变性：空间网络由卫星星座组成，通过星间链路相互连接。卫星星座设计决定了卫星网络拓扑结构的独特性。STN的组件和拓扑的动态变化，例如卫星轨道和天气条件的变化，将影响网络性能和可靠性。因此，时变拓扑要求网络具有一定的适应性和容错性，以应对各种网络环境和应用场景。星间链路的建立不仅降低了卫星网络对地面网络的依赖，而且增加了系统设计难度和制造成本。卫星节点的高移动性导致链路瞬变和不稳定，因此需要设计适应动态变化的路由算法和链路管理策略。此外，实现有效的链路管理和路径选择对于优化STN网络性能至关重要。