[发明专利]基于LEO/MEO的软件定义卫星网络的控制报文快照路由方法

摘要

本发明公开了一种基于LEO/MEO的软件定义卫星网络的控制报文快照路由方法，技术方案是先采用链路通断快照划分方法将基于LEO/MEO的软件定义卫星网络一个拓扑周期内的拓扑划分为初始快照序列；合并初始快照序列中的快照碎片，得到第二快照序列；判断基于LEO/MEO的软件定义卫星网络是否满足采用简化的快照合并条件，若满足，采用简化的快照合并方法对第二快照序列进行合并，若不满足，采用基本快照合并方法对第二快照序列进行合并，得到第三快照序列；对第三快照序列中的每个快照计算所有卫星和NOCC之间的路由，将路由发送到网络中所有节点，节点在快照切换的时刻对路由进行更新。采用本发明可以解决控制报文频繁地重路由，提高控制报文传输的可靠性和稳定性。

主权项

1.一种基于LEO/MEO的软件定义卫星网络的控制报文快照路由方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，快照划分，采用链路通断快照划分方法将基于LEO/MEO的软件定义卫星网络一个拓扑周期内的拓扑划分为初始快照序列，即从时间维度，将一个拓扑周期按链路建立或断开划分为一系列时间片，每个时间片内的拓扑即为一个快照，这个时间片的长短即是快照持续时间，初始快照序列用G(0),…,G(k),…,G(K‑1)表示，其中K为初始快照序列中的快照数目，每当有一条链路建立或断开就产生一个快照；初始快照序列中第k个快照G(k)＝(V,E(k)),k＝0,…,K‑1，其中V＝{v1,…,vP}为基于LEO/MEO的软件定义卫星网络中的节点集合，P为节点数目，节点指LEO/MEO卫星星座中的卫星、地面站和NOCC即网络操作控制中心，E(k)为初始快照序列中第k个快照时的链路集合；将初始快照序列中的第k个快照与初始快照序列中第k+1个快照合并表示为G(k)∩G(k+1)，G(k)∩G(k+1)＝(V,E(k)∩E(k+1))，其中E(k)∩E(k+1)表示初始快照序列中第k个快照时的链路集合与初始快照序列中第k+1个快照时的链路集合的交集，即保留G(k)和G(k+1)两个快照中的公共链路，快照合并需要保证合并之后的快照拓扑是连通的；LEO指低地球轨道，MEO指中地球轨道；第二步，合并初始快照序列G(0),…,G(k),…,G(K‑1)中的快照碎片，得到第二快照序列，第二快照序列用G′(0),…,G′(l),…,G′(L‑1)表示，其中L为第二快照序列中的快照数目，L≤K，第l个快照表示为无向图G′(l)，G′(l)＝(V,E′(l)),l＝0,...,L‑1，其中E′(l)为第二快照序列中第l个快照时的链路集合；第三步，判断基于LEO/MEO的软件定义卫星网络是否满足采用简化的快照合并条件，方法是：3.1判断基于LEO/MEO的软件定义卫星网络是否是极轨道星座，若是，执行3.1.1，若不是，转3.2；3.1.1判断是否满足条件t₁‑t′₁≥t₃，若满足，转第五步，若不满足，转第四步，为极轨道星座中水平环从建立到断开的时间，β为极区边界维度值，M为一条轨道上的卫星数目，T为卫星轨道周期；t′₁为极轨道星座中连续两个水平环建立的时间间隔，当M为偶数时，当M为奇数时，对于极轨道星座和倾斜轨道星座，设星座中有N条轨道，将除第N条轨道和第1条轨道之间的星间链路外，连接不同轨道上对应卫星的一组星间链路称为水平环；将第i条轨道的第j颗卫星表示为S_i,j，第i条轨道的第j颗卫星和第i+1条轨道的第j颗卫星之间的星间链路表示为(S_i,j,S_i+1,j)，水平环表示为集合{(S_1,j,S_2,j),…,(S_i,j,S_i+1,j),…,(S_N‑1,j,S_N,j)}，N、M均为正整数，1≤i≤N‑1、1≤j≤M，极轨道星座水平环中的所有星间链路同时建立或断开；3.2此时是倾斜轨道星座，执行3.2.1；3.2.1判断是否满足条件θ_S‑N≥ω+ω_HL且t₂‑t′₂≥t₃，若满足，转第五步，若不满足，转第四步，为星地链路的最大持续时间，T为卫星轨道周期，R为地球半径，γ为地面站的天线仰角，h为卫星轨道高度，θ_S‑N＝π‑arccos(2sin²β+2sin²βcot²α‑1)为倾斜轨道星座中一条轨道上南极区和北极区之间的地心角，α为卫星轨道倾角，β为极区边界维度值，为同一轨道上相邻卫星之间的地心角，M为一条轨道上的卫星数目，为倾斜轨道星座中第1条轨道和第N条轨道上对应卫星的相位差，F为相位因子；为倾斜轨道星座一个水平环中第一条链路刚建立到最后一条链路刚断开的时间，为倾斜轨道星座一个水平环中第一条链路刚建立到下一个水平环中第一条链路刚建立的时间；第四步，采用基本快照合并方法对第二快照序列G′(0),…,G′(l),…,G′(L‑1)进行合并，得到第三快照序列G″(0),…,G″(s)…,G″(S‑1)，其中S为合并后的快照数目，s＝0,…,S‑1，转第六步；第五步，采用简化的快照合并方法对第二快照序列G′(0),…,G′(l),…,G′(L‑1)进行合并，得到第三快照序列G″(0),…,G″(s)…,G″(S‑1)，其中S为合并后的快照数目；第六步，路由计算，对第三快照序列G″(0),…,G″(s)…,G″(S‑1)中的每个快照，每条链路的代价设定为该链路在快照持续时间内的平均传播时延，采用Dijkstra算法计算所有卫星和NOCC之间的路由；第七步，将所有卫星和NOCC之间的路由发送到网络中所有节点，节点在快照切换的时刻对路由进行更新。