一种时分复用星间网络数据存储转发方法技术

本发明专利技术提供一种时分复用星间网络数据存储转发方法，可以在有限的卫星存储资源和处理能力的条件下满足海量的多类型、多地址数据的存储转发的实时性，提高搜索效率，减少存储占用。该方法包括：建立网络数据报实体数据池，并根据所述实体数据池建立虚拟内存动态抢占数据结构，形成虚拟容器；从所述实体数据池中获取空闲虚拟元素节点，并在该虚拟元素节点指向的存储单元中填充星间数据，将该虚拟元素节点注入至所述虚拟容器中；对所述虚拟容器进行属性封装，并根据封装时溢出的频度，获得空间信息网络节点的流量信息，通过流量信息调节虚拟容器容量；根据所述虚拟容器中的有效元素节点进行映射搜索，根据数据优先级进行转发。

A data storage and forwarding method for time division multiplex inter satellite network

The invention provides a data storage and forward method of time division multiplexed inter satellite network, which can meet the real-time performance of massive multi type and multi address data storage and forward under the condition of limited satellite storage resources and processing capacity, and improve search efficiency and reduce storage occupation. The method includes: establishing the data pool of network datagram entity, and establishing virtual memory dynamically preemptive data structure according to the entity data pool, forming virtual container, obtaining idle virtual element nodes from the entity data pool, and filling INTERSTAR data in the storage unit pointing to the virtual element node, which will be virtual. The element node is injected into the virtual container, the virtual container is encapsulated and the flow information of the space information network node is obtained according to the frequency of the overflow, and the volume of virtual container is adjusted through the traffic information. The data is mapped and searched according to the effective element node in the virtual container, according to the data. The priority is forwarded.

【技术实现步骤摘要】
一种时分复用星间网络数据存储转发方法
本专利技术涉及一种时分复用星间网络数据存储转发方法，针对航天器有限的处理和存储资源的条件下实现最优化的执行及存储效率。
技术介绍
在时分建链的星间网络中，卫星与卫星之间、卫星与地面站之间的链路具有断续可用的特点，网络中的业务数据在地面节点和卫星节点间路由时支持存储-转发机制。作为具有典型的空间延迟容忍组网(DTN)属性的时分复用空间网络，其链路延迟会非常大、有些链路会断续可用，一般采用轮询建链规则。随着不同航天系统互联互通，星间链路和星地链路中不同轨道、种类的飞行器及应用系统之间按照空间信息资源最大有效利用的原则组成天地一体化空间信息网络，时分复用网络中传递的信息种类将不仅局限于自身飞行器领域的业务信息。当多个目的地址、多种数据类型的星间数据帧到达卫星节点进行路由时，需要卫星节点提供大量存储来适应突发的流量，提供较高的处理能力来适应在海量数据池中搜索符合转发条件的星间帧。传统的存储转发策略有两种。第一种策略是为每个目的地址的每种业务数据类型开辟定制缓存，以该种业务数据类型平均带宽或最大带宽定制存储区大小。但当业务数据类型增长时，会导致占用存储量呈指数级增长，且由于网络流量的随机性，业务量小的数据类型会产生大量的无效存储，业务量大的数据类型会发生缓存溢出。第二种策略是将星间数据帧按到达顺序存储于存储区内，在路由时利用指针进行遍历搜索。但当存储区中数据量较大时，对处理器能力要求很高。由于卫星系统所处的太空环境极为恶劣，卫星一般提供有限的平台承载能力。在网络拥塞或链路受限的条件下，卫星节点的存储资源和处理能力极大的制约了空天一体化任务的执行。在天基网与地基网融合过程中，如何充分挖掘卫星资源，优化星间网络中海量数据存储转发效率，成为亟待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术提供一种时分复用星间网络数据存储转发方法，可以在有限的卫星存储资源和处理能力的条件下满足海量的多类型、多地址数据的存储转发的实时性，提高搜索效率，减少存储占用，降低网络拥塞造成的星间帧丢失的概率。一种时分复用星间网络数据存储转发方法，包括：建立网络数据报实体数据池，并根据所述实体数据池建立虚拟内存动态抢占数据结构，形成虚拟容器；从所述实体数据池中获取空闲虚拟元素节点，并在该虚拟元素节点指向的存储单元中填充星间数据，将该虚拟元素节点注入至所述虚拟容器中；对所述虚拟容器进行属性封装，并根据封装时溢出的频度，获得空间信息网络节点的流量信息，通过流量信息调节虚拟容器容量；根据所述虚拟容器中的有效元素节点进行映射搜索，根据数据优先级进行转发。进一步地，建立网络数据报实体数据池时根据星载计算机的实际能力定制数据池的大小。进一步地，虚拟容器初始化时，指定业务类型的指定目的地址的队列链表默认为空，仅包含头指针和尾指针，占用极小的内存。进一步地，对所述虚拟容器进行属性封装时根据时分复用网络的业务流量特征，设定不同业务类型属性的虚拟容器的上限。进一步地，所述虚拟容器的上限通过地面发送指令进行控制。进一步地，将虚拟元素节点注入至虚拟容器过程中，识别数据池最大容量和虚拟容器上限，当达到上限，则将数据报文丢弃，并设计报警信号，将网络状态发布至地面控制中心；若未达上限，但数据池的虚拟元素节点已耗尽，则将数据报文丢弃并通知地面控制中心。进一步地，所述根据数据优先级进行转发时首先针对高优先级的业务数据报进行路由，利用动态或静态机制确定在时分复用网络中当前时刻本星允许转发的星间帧的目的地址，以业务类型和目的地址为索引，映射到对应的虚拟容器有效数据队列链表。本专利技术的有益效果：1、在存储资源受限的时分复用星间网络节点中，根据网络中不同业务的流量特性灵活确定业务数据容器的大小，有利于在路由协议中进一步网络优化，减少网络拥塞，减小卫星计算机存储资源的占用。2、将存储实体的操作转化为虚节点的操作，在星间业务数据在时分复用网络中的存储转发节点的全处理过程中，始终占用数据池中唯一的元素节点的唯一存储单元，不存在拷贝行为，减少卫星计算机处理器资源的占用，提高网络执行效率。3.零延迟的网络数据转发搜索特性在同一业务容器中，按目的地址分配虚节点队列。在转发过程中，根据路由协议输出的目的地址和优先级调度决定的业务类型，可以通过映射操作零延迟的获得待发队列信息，降低网络节点海量网络数据的处理时延，提升网络响应的实时性和可靠性。附图说明图1为数据存储转发示意图；图2为业务流量适应示意图；图3为数据池初始化示意图；图4为业务队列初始化示意图；图5为遥控业务队列插入过程；图6为数据池中是否有空闲节点的判断流程图；图7为业务队列搜索过程；具体实施方式本专利技术的一种时分复用星间网络数据存储转发方法，包括以下步骤：步骤一、建立网络数据报实体数据池：在天地一体化的空间信息网络的网络层中，为网络数据报文开辟容量固定的存储空间。航天器节点根据在网络中扮演的角色，可分为骨干网节点或接入网节点，其存储系统架构和采用的存储芯片提供的存储能力不同。在建立数据池时，根据星载计算机的实际能力定制数据池的大小。数据池中的存储单元的粒度为定界的网络数据报文，且兼容多种网络数据报文格式。利用链表或其他数据结构为数据池中的存储单元物理实体建立虚拟映射，实现资源管理。在初始化时该链表中的每个元素均指向数据池中的每个存储单元，负责维护全部存储单元的分配与回收机制。步骤二、根据步骤一得到的网络数据报实体数据池，建立虚拟内存动态抢占数据结构：在航天器节点中为空间信息网络中的每个业务类型的每个网络地址建立有效数据报队列链表，形成虚拟容器。在初始化虚拟容器时，指定业务类型的指定目的地址的队列链表默认为空，仅包含头指针和尾指针，占用极小的内存，即虚拟容器空置时资源占用极低。当航天器节点的网络层接收到其他网络节点发来的路由中转数据报文，或航天器自产生网络交互信息数据报文时，从数据池中获取空闲虚拟元素节点，在该元素节点指向的存储单元实体中填充星间数据，并将该虚拟元素节点利用链表插入的方法注入至虚拟容器。步骤三、根据步骤二得到的虚拟容器，对其进行属性封装。根据时分复用网络的业务流量特征，设定不同业务类型属性的虚拟容器的上限。虚拟容器的上限可通过地面发送指令进行控制。将虚拟元素注入至业务虚拟容器过程中，识别数据池最大容量和虚拟容器上限。当虚拟容器达到上限，则将数据报文丢弃，并设计报警信号，将网络状态发布至订阅节点，如地面控制中心；若虚拟容器未达上限，但数据池的虚拟元素节点已耗尽，则仍然把网络数据报文丢弃并通知订阅节点。步骤四、根据步骤三中虚拟容器溢出的频度，获得空间信息网络节点的流量经验信息调节虚拟容器容量。若业务A虚拟容器持续空闲，则将其虚拟容器容量减小，若业务B虚拟容器持续溢出，则将其容量增大。此过程可根据地面人工判断干预。设计负载均衡机制，若空间网络中某航天器节点持续无空闲虚拟元素可用，则证明该卫星节点的存储能力已无法满足最基本的流量要求，需要在网络拓扑建链规划和路由规划时予以考虑，用户可改用其他接入卫星节点上注信息，并进行传输路径的方案优化。步骤五、根据步骤三和步骤四获得虚拟容器中的有效元素节点，进行快速映射搜索。在网络层进行网络数据报文路由时，根据业务特性决定的数据优先级进行转发。首先针对高优先级的业务数据报本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时分复用星间网络数据存储转发方法，其特征在于，包括：建立网络数据报实体数据池，并根据所述实体数据池建立虚拟内存动态抢占数据结构，形成虚拟容器；从所述实体数据池中获取空闲虚拟元素节点，并在该虚拟元素节点指向的存储单元中填充星间数据，将该虚拟元素节点注入至所述虚拟容器中；对所述虚拟容器进行属性封装，并根据封装时溢出的频度，获得空间信息网络节点的流量信息，通过流量信息调节虚拟容器容量；根据所述虚拟容器中的有效元素节点进行映射搜索，根据数据优先级进行转发。

【技术特征摘要】
1.一种时分复用星间网络数据存储转发方法，其特征在于，包括：建立网络数据报实体数据池，并根据所述实体数据池建立虚拟内存动态抢占数据结构，形成虚拟容器；从所述实体数据池中获取空闲虚拟元素节点，并在该虚拟元素节点指向的存储单元中填充星间数据，将该虚拟元素节点注入至所述虚拟容器中；对所述虚拟容器进行属性封装，并根据封装时溢出的频度，获得空间信息网络节点的流量信息，通过流量信息调节虚拟容器容量；根据所述虚拟容器中的有效元素节点进行映射搜索，根据数据优先级进行转发。2.如权利要求1所述的一种时分复用星间网络数据存储转发方法，其特征在于，建立网络数据报实体数据池时根据星载计算机的实际能力定制数据池的大小。3.如权利要求2所述的一种时分复用星间网络数据存储转发方法，其特征在于，虚拟容器初始化时，指定业务类型的指定目的地址的队列链表默认为空，仅包含头指针和尾指针，占用极小的内存。4.如权利要求1或2或3所述的一种时分复用星间网络数据存储转发方法，其特征在于，对所述虚拟容器进行属性封装时根据时分复用网络的业务流量特征，设定不同业务类型属性的虚拟容器的上限。5.如权利要求4所述的一种时分复用星间网络数据存储转发方法，其特征在于，所述虚拟容器的上限通过地面发送指令进行控制。6.如权利要求5所述的一种时分复用星间网络数据存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾卫松，张睿，燕洪成，方峰，曾连连，王向晖，李林，张亚航，李露铭，邱骐，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11