[发明专利]面向GEO/LEO双层卫星网络的抗毁路由方法

摘要

本发明公开了面向GEO/LEO双层卫星网络的抗毁路由方法，以及该方法中采用的GEO/LEO双层卫星网络架构。以分层分簇的思想，用带有冗余的GEO层当LEO层的管理层，以GEO当簇首管理其覆盖域内LEO的路由表计算，充分发挥架构的抗毁性功能；同时设计了链路状态评价模型，以达到从不同角度设置不同变量对链路状态进行综合评价的目的，并针对链路状态设置了6个阈值来促发GEO层对整个卫星网络的重路由，以此来达到抗毁性和避免拥塞的目的。因此，本卫星抗毁路由策略在航空、航天，及社会经济等领域中都具有较好的转化应用前景，属于卫星通信技术领域。

主权项

1.面向GEO/LEO双层卫星网络的抗毁路由方法，其特征在于包含以下步骤：步骤1：在地球表面将LEO卫星划分出若干个区域，在每个区域的中心放置一颗虚拟节点；每颗LEO卫星按照距离最近原则选取作为自身所属的虚拟节点，并上报给GEO进行注册；步骤2：当此LEO移动到该虚拟节点区域与下一个虚拟节点区域的重合区域时，则此LEO就与下一个虚拟节点的LEO建立连接，去比较双方相对于下一个虚拟节点中心位置的距离，若此LEO的距离更小，则从下一个虚拟节点的原LEO处继承下一个虚拟节点的虚拟节点信息，从而完成LEO与虚拟节点的切换；若此LEO的距离更大，则放弃该次切换，在等待t时间后再次寻找下一个虚拟节点并发起新的切换，若下一个虚拟节点的LEO出现故障或损毁，即无法联系到下一个虚拟节点的LEO时，则此LEO立即向其所属的GEO索取下一个虚拟节点的路由表等虚拟节点信息，并同时通报下一个虚拟节点的原LEO损毁，从而促发抗毁性重路由；步骤3：虚拟节点注册完成后，进入正常工作循环；步骤4：每颗卫星在每次收发数据包时都更新传输时延Td和发送队列排队数C；步骤5：根据链路状态评价公式计算出每条链路的状态：Cost_ij＝w₁*Td_ij+w₂*C_i；其中，Cost_ij为从卫星i到卫星j的链路状态；Td_ij为此时刻从卫星i到卫星j的归一化传输时延；C_i为卫星i此时刻的归一化发送队列排队数目；w₁和w₂则分别为数据包归一化传输时延Td_ij、归一化卫星发送队列排队数C_i的系数，并对这些系数也做归一化处理，并规定：w₁+w₂＝1；步骤6：一旦链路状态Cost大于上一次向GEO上报的Cost值并且当前的Cost值达到3个上升阈值θ₁、θ₂、θ₃中的某一个时，就立即触发该卫星向其所属GEO上报该条链路状态的变化信息；同理，当链路状态Cost小于上一次向GEO上报的Cost值并且当前的Cost值达到3个下降阈值中的某一个时，也立即触发该卫星向其所属GEO上报该条链路状态的变化信息；步骤7：GEO接收到链路状态信息之后，立即向其他GEO同步此链路状态的更新信息，以此来维持各自全局链路状态表的统一；步骤8：所有GEO根据更新后的全局链路状态表，利用Floyd算法重新计算整个卫星网络的全局路由表，该算法同时维护着两份二维表，一份是全局链路状态FCost表，另一份是记录最短路径的路径path表，初始状态下FCost表中所存储的每一个FCost_ij代表从卫星i到卫星j的链路状态大小，即初始状态下的FCost_ij其数值等于链路状态评价模型的Cost_ij；path表中的path_ij代表从卫星i到卫星j需要经过的路径，具体计算时，首先将FCost表中所有不存在真实链路的位置设置为断路状态，即FCost值无穷大；然后依次选取全局链路状态FCost表中的每一个卫星节点k，去中转任意的卫星节点i：若不进行中转的FCost_ij大于进行中转的FCost_ik+FCost_kj，则将原有的FCost_ij更新为(FCost_ik+FCost_kj)的值，并同时将k添加进path_ij所存储的数组中，使得原先从卫星节点i到卫星节点j的路径，变为先从卫星节点i到卫星节点k，再从卫星节点k到卫星节点j，在所有卫星节点都当过中转节点对路径进行优化之后，此时的path表中所存储的数组path_ij就是从卫星节点i到卫星节点j的最优路径，并且此最优路径path_ij所对应的路径上FCost总和就是此时FCost表中经过优化更新之后的FCost_ij；步骤9：各GEO将全局路由表分解成其所辖簇内各LEO的路由子表，并分别向需要更新其路由表的LEO发送增量路由表更新信息；步骤10：LEO接收到增量更新路由表信息之后，立即更新自身路由表，并使用新路由表进行数据包的转发；步骤11：完成循环，转到步骤3。