适应空间网络链路断续连通数据传输的路由方法技术

本发明专利技术公开了一种适应空间网络链路断续连通网络数据传输的方法，利用本发明专利技术可以显著提高收敛速度，减小路由协议开销。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：各个路由节点通过测控链路接收各路由节点三维位置信息，得到预测链路状态矩阵，计算得出链路状态信息和本路由节点在每个链路变化时刻的预测路由表，将计算出的链路状态信息存入链路状态信息数据库；待发送分组通过预测路由表获得链路变化的时刻及通断情况，路由节点待发送分组通过通断各个路由节点变化及变化时刻，将链路状态信息存入链路状态信息数据库，写入预测路由计算矩阵中；在OSPF达到充满FULL状态，各个路由节点则按更新后的链路状态信息数据库，重新计算出实际路由表，替换预测路由表。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星测控网络通信协议
，具体涉及一种在网络层协议中计算路由的方法，可用于测控网络中对路由的计算方法。
技术介绍
卫星测控网是跟踪测量和控制航天器的系统。由航天控制中心、航天测控站、陆上活动测控站、测量船以及连接它们的测控通信网构成。卫星测控网的主要任务是使用测控网络对在空间中运行的航天器进行及时准确的实时跟踪测量和控制，掌握航天器运行状态并对其发出指令控制其工作。主要测控装备有微波雷达、超短波多普勒测速仪和光学设备，以及双频多普勒测速仪、超高频指令遥控系统和微波统一系统等。接收端所接收的功率取决于发送端的发射功率、收/发天线增益以及电波在自由空间的传播损耗等因素。损耗包括自由空间损耗，雨衰和大气损耗。由电波在自由空间中的传播，接收端的接收功率PR为:式(1)中，PT为发射功率；GT为发射天线增益；GR为接收天线增益；d为电波的传播距离；λ为所选电波的波长。定义自由空间传播损耗LF，并以分贝表示，有: [ L F ] = 10 lg ( 4 π d λ ) 2 = 20 lg ( 4 π d λ ) = 20 lg ( 4 π d f c ) - - - ( 2 ) ]]>在星间链路中，电波还可能穿过电离层和对流层，对其影响如同传统的卫星通信一样，也是采用经验值的做法，预先留出一定的功率余量。基于上述分析，在所考虑星间链路中，PT、GT、GR、λ均相同，唯一不同的量为d(链路长度)，即星间距离。因此，在星间链路信号衰减特性研究中，只需计算d即可。经分析传输路径为自由宇宙空间，因此噪声及各种衰落相对地面通信较为简单。空间传输损耗包括自由空间的传播损耗LF和天线方向跟踪误差损耗LT。首先考虑如何计算自由空间损耗LF，根据式(2)可以得出自由空间损耗LF的dB值，即：[LF]＝92.44+20lgd+20lgf (3)其中d为星间距离(km)；f为载波频率(GHz)；c＝3×108m/s。计算出的自由损耗LF经dB值与实际值的转换， L F = ( 4 π d f c ) 2 - - - ( 4 ) ]]>然后与信源发出的信号相乘，其输出就是经自由空间损耗后的传播信号。卫星测控网络链路变化有自身特点，与地面有线通信网络链路变化不同。地面有线网络中链路变化虽然不会频繁变化，但变化情况是随机变化，不可提前预知。需要开放式最短路径生成树协议OSPF(Open Shortest Path First)通过链路状态发现机制及时发现，并在路由节点间互相交互更新链路状态数据库。OSPF协议是处于TCP/IP协议族的IP层协议,是目前应用最广泛的IGP协议。它是用于网际协议IP网络的链路状态路由协议。路由协议是影响现代通信网络质量的关键。对于承载实时应用系统的IP通信网络，要求路由协议具备快速收敛、较高的故障处理速度、较小的端到端时延、高可靠性等能力。OSPF路由协议的优点是：收敛时间较快、不会造成环路、当网络出现故障时OSPF路由更新速度快、路由表容量较小、路由协议本身开销小、适合各种规模的网络等。其缺点是配置工作量大，由于网络区域划分和网络属性的复杂性，需要网络分析员有较高的网络知识水平才能配置和管理OSPF网络，路由负载均衡能力较弱。卫星测控网络中链路变化频繁，但由于运行轨迹已设定，路由节点运动信息可提前得知。所以卫星测控网络中大部分的链路变化情况，由通到断或者由断到通的变化，是可以提前计算得出的。通过利用这一特点，加入对预测信息的使用，可以改进原有标准OSPF协议，达到优化目的，使改进后协议适应卫星测控网络特点。中断容忍网络DTN是一种与传统有线网络不同的网络，具有如下特征：(1)间断性连通：DTN网络中，路由节点的运动性和工作时间的低占空比导致端到端的路径可能较长的时间处于不连通状态。网络的间断性连通一类为可预测，如星际网络的路由节点依轨道运动，具有周期性，其运动状态可查阅星历表获得，并根据设备的通信范围即可得到链路的连通状态。布置在某些特殊环境中的路由节点由于功率有限，只在很短的时间内开启工作，工作时间预先设定，其链路的通断状态可预测；另一类是由于路由节点的随机运动，距离超出了通信范围，或物体的遮挡造成的链路断开，此类间断性连通为不可预测。(2)长且可变时延：网络中的时延通常包括四个部分：传输时延、传播时延、处理时延和排队时延。端到端的时延为路径上各跳链路的时延总和。传输时延与传播时延受网络传输介质的影响，如水下传感器网络路由节点的速率仅有10kbps。时延非常大可能达到1秒或几秒，在星际网络中链路的传播时延可能达到分钟级。此外，由于路由节点的运动造成路由节点间通信距离的不断变化，从而导致时延的变化。除以上特征外，中断容忍网络还具有高误码率、路由节点资源受限等特点。OSPF协议是TCP/IP协议簇中网络层最重要协议之一。原始OSPF协议针对Internet网络设计，其网络特点与卫星网络相比较为链路相对稳定，故障率较低。而空间网络中，链路通断变化频繁、持续时间短，所以直接在空间网络中使用OSPF协议，会造成收敛速度过慢，开销过大等的缺陷。OSPF协议是一种动态路由协议，它利用内部的链路状态数据库来维护和计算路由，利用OSPF的路由器首先必须收集有关的链路状态信息,并根据一定的算法计算出到每个路由节点的最短路径。而给予距离向量的路由协议仅向其相邻路由器发送有关路由更新信息。OSPF路由协议通过SPF(Shortest Path First，最短路径生成树算法)来计算到各路由节点的最短路径。SPF算法也被称为Dijkstra算法，是OSPF路由协议的基础。Dijkstra算法本身是一种应用在通信网模型中的单源最短路径算法。SPF算法则是根据目前网络的实际情况设定参数，可应用在实际大型网络中的最短路径算法。SPF算法将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应空间网络链路断续连通网络数据传输的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)在断续连通测控网络中，各个路由节点通过测控链路接收各路由节点三维位置信息，得到预测链路状态矩阵，并根据链路信号衰减公式计算得出链路状态信息和本路由节点在每个链路变化时刻的预测路由表，提前计算确定每条链路在整个系统运行期间所有的状态，把计算得出的本路由节点在每个链路变化时刻的预测路由表存入缓存中；(2)路由节点待发送分组通过通断各个路由节点变化及变化时刻，将计算出的链路状态信息存入链路状态信息数据库，写入预测路由计算矩阵中；(3)在链路变化时刻，路由节点间通过交互链路状态信息，判断交互链路信息是否与预测路由表一致，若不一致，则洪泛错误链路信息；(4)在预测链路变化时刻，若链路状态预测是由断到通状态，则向上述路由节点的邻居发送判断链路情况的交互报文hello，以是否收到hello报文回复来判断是否与预测的链路状态一致，若相邻路由节点间没有互相交互新的链路状态信息，则将得知际链路状态情况与预测一致的判断标识置为“是”状态；(5)在开放式最短路径生成树协议OSPF达到充满FULL状态，各个路由节点得到实际链路状态矩阵后，直接使用原有预测路由表；若相邻路由节点间有交互新的链路状态信息，或者收到网络洪泛链路信息与预测链路状态信息不一致的，各个路由节点则按更新后的链路状态信息数据库，重新计算出实际路由表，替换预测路由表。...

【技术特征摘要】
1.一种适应空间网络链路断续连通网络数据传输的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)在断续连通测控网络中，各个路由节点通过测控链路接收各路由节点三维位置信息，得到预测链路状态矩阵，并根据链路信号衰减公式计算得出链路状态信息和本路由节点在每个链路变化时刻的预测路由表，提前计算确定每条链路在整个系统运行期间所有的状态，把计算得出的本路由节点在每个链路变化时刻的预测路由表存入缓存中；(2)路由节点待发送分组通过通断各个路由节点变化及变化时刻，将计算出的链路状态信息存入链路状态信息数据库，写入预测路由计算矩阵中；(3)在链路变化时刻，路由节点间通过交互链路状态信息，判断交互链路信息是否与预测路由表一致，若不一致，则洪泛错误链路信息；(4)在预测链路变化时刻，若链路状态预测是由断到通状态，则向上述路由节点的邻居发送判断链路情况的交互报文hello，以是否收到hello报文回复来判断是否与预测的链路状态一致，若相邻路由节点间没有互相交互新的链路状态信息，则将得知际链路状态情况与预测一致的判断标识置为“是”状态；(5)在开放式最短路径生成树协议OSPF达到充满FULL状态，各个路由节点得到实际链路状态矩阵后，直接使用原有预测路由表；若相邻路由节点间有交互新的链路状态信息，或者收到网络洪泛链路信息与预测链路状态信息不一致的，各个路由节点则按更新后的链路状态信息数据库，重新计算出实际路由表，替换预测路由表。2.如权利要求1所述的适应空间网络链路断续连通网络数据传输的方法，其特征在于：外部输入断续连通测控网络发送端的链路状态信息，通过断续连通测控网络传输到各个路由节点，各个路由节点首先接收路由节点三维位置信息，根据链路信号衰减公式计算得出链路状态信息和本路由节点在每个链路变化时刻的预测路由表，将计算得出的本路由节点在每个链路变化时刻的预测路由表存入缓存中，并通过计算预测路由表和链路状态信息获得预测链路状态矩阵。3.如权利要求1所述的适应空间网络链路断续连通网络数据传输的方法，其特征在于：在预测的链路变化时刻链路状态如果是预测由断到通，在这一状态各个路由节点向邻居发送hello报文判断链路情况，通过是否收到hello报文回复判断是否与预测的链路状态一致。4.如权利要求1所述的适应空间网络链路断续连通网络数据传输的方法，其特征在于：路由节点处于2-way状态时，此时路由节点已经与邻居路由节点建立了邻接关系，本路由节点与邻居路由节点的链路保持了连通状态。5.如权利要求1所述的适应空间网络链路断续连通网络数据传输的方法，其特征在于：链路信号衰减公式按如下方法计算得到：接收端所接收的功率取决于发送端的发射功率、收/发天线增益以及电波在自由空间的传播损耗等因素；损耗包括自由空间损耗，雨衰和大气损耗；由电波在自由空间中的传播，接收端的接收功率PR为:式(1)中，PT为发射功率；GT为发射天线增益；GR为接收天线增益；d为电波的传播距离；λ为所选电波的波长。6.如权利要求5所述的适应空间网络链路断续连通网络数据传输的方法，其特征在于：在链路信号衰减公式中，定义自由空间传播损耗LF，并以分贝表示，有: [ L F ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李望，胡建平，李婷，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51