一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法技术

一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法，包括地表大区划分、各大区IP地址分配规则、用户终端与卫星对地端口的IP地址更新规则，地表大区划分规则，是指针Walker星座的卫星分布和运动规律，给出了形状规则，排列整齐的大区分布，并且各个大区的范围充分大，使得移动用户跨越大区，更新IP地址的频率充分降低；各大区IP地址分配规则，给出与用户分布密度相关的大区IP地址分配策略，对不同大区分配不同数量的IP地址，使得维护网络运行所需的IP地址数充分减少；用户终端与卫星对地端口IP地址更新规则，使得在系统动态变化过程中，始终保证卫星节点与移动用户的地址汇聚关系，从而保证IP包准确发送到移动用户。

A IP addressing method for Walker constellation network

A geographically partitioned IP addressing method for Walker constellation network is proposed, which includes large area division of the earth's surface, IP address allocation rules for each region, IP address updating rules for user terminals and satellite-to-Earth ports, and large area division rules for the earth's surface. These rules refer to the satellite distribution and movement rules of the Needle Walker constellation, and give the shape rules and the orderly arrangement of large areas. Distribution, and the scope of each region is large enough, so that mobile users across the region, the frequency of updating IP addresses is fully reduced; IP address allocation rules of each region, given with the user distribution density related to the region IP address allocation strategy, allocate different numbers of IP addresses to different regions, so as to maintain the network operation required. The number of IP addresses is reduced sufficiently, and the updating rules of IP addresses between user terminals and satellite-to-ground ports ensure that the addresses of satellite nodes and mobile users converge during the dynamic changes of the system, so that the IP packets can be sent to mobile users accurately.

【技术实现步骤摘要】
一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法
本专利技术涉及航天信息领域，特别是一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法。
技术介绍
Walker星座网络是一种全球一体化通信系统，具有全球无缝覆盖、快速机动布网等优点。但由于卫星节点与地面移动用户间存在相对运动，这使得地面用户频繁的穿越不同的卫星覆盖区，从而使得IP协议的运行受到很大影响。Walker星座网络的编址对于业务通信的持续性、QoS保证能力以及卫星通信系统的吞吐量等都有影响，是天基信息系统中的关键技术，尤其是随着系统中接入用户数量的扩展，对于该问题的解决方法也越来越重要，成为目前卫星通信技术的一个研究热点。Walker星座网络中卫星节点始终在相对地球运动，这造成接入的用户不断穿越卫星覆盖区域，尤其是对于星座轨道面较低时，由于卫星节点的运动速率很高，接入用户与卫星之间的切换会非常频繁。传统IP编址方法是卫星对地端口的IP地址保持不变，而用户满足与接入卫星之间的地址汇聚关系。采用这种方法，当用户由旧卫星覆盖区域穿越到新的卫星覆盖区域时，需要更新IP地址，从而与新的卫星满足地址汇聚关系。采用这种编址方法，随着用户数量的扩展，网络中的地址更新事件会更加频繁的出现，从而严重影响低轨道卫星IP网络的运行效率。为提高卫星星座网络中IP协议的运行效率，有些学者提出了基于地理信息的编址方案。该方案将地球表面划分为若干形状规则的大区(例如由两条经线和纬线所包围的区域)，每个大区分配一定数量的IP地址。假定每个用户通过定位系统实时的指导自己的坐标，当用户位于某区域中时，用户的IP地址则为该大区中的某个地址，只有用户跨越到新的地理大区时，才进行IP地址的更新。不同于卫星节点的相对地球遍历运动特点，在绝大部分情况下，地面移动用户的运动速率较低，且运动范围有限，故，相对来说，移动用户跨越地理分区的频率远远小于移动用户变换卫星覆盖区的频率。因此，采用基于地理信息的IP编址方法及装置大大降低了移动用户IP地址更新的频率和开销，从而提高了卫星星座网络运行效率。尽管通过以上的地理信息编址方案，能够大大降低卫星星座网络中用户IP地址更新的开销。然而，该方案没有充分考虑IP协议中的卫星节点与接入用户的地址汇聚关系，因此难以保证IP包准确传输到移动用户。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法，解决了现有的基于地理信息的IP编址方法及装置大大降低了移动用户IP地址更新的频率和开销，提高了卫星星座网络运行效率，但是没有充分考虑IP协议中的卫星节点与接入用户的地址汇聚关系，因此难以保证IP包准确传输到移动用户的问题。本专利技术的技术解决方案是：一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法，包括如下步骤：(1)进行地表大区划分；(2)建立各个地表大区的IP地址分配规则；(3)建立各个地表大区中用户终端与卫星对地端口的IP地址更新规则。所述的所述的地表大区划分的方法为：(1)获取Walker星座网络的轨道面数m、每个轨道面的卫星数n；(2)当n＝2,4,6,8时，将地球表面剖分成行，每行有Cd＝2m个均分的地表大区，进而得到当前的所有地表大区数量ND为其中，NS为Walker星座网络的卫星数；计算得到地表大区的相同纬度间隔经度间隔为进而得到凯莱投影地图下Walker星座网络地表大区划分，设i＝1,...,Rd，第i行大区位于纬线位于零度经线右侧的地表大区标号依次为(3)当n≥9时，设如果n为奇数，在纬度范围内划分为行，每行有Cd＝2m个地表大区，在各一个地表大区，得到地表大区总数为如果n为偶数，在纬度范围内划分成行，每行有Cd＝2m个地表大区，在和中各一个大区，得到当前情况下地表大区总数为其中，m≥1，且n为偶数或为n≥9的奇数。所述的建立各个地表大区的IP地址分配规则的方法为：(1)设地表大区编号为地表大区Di所需的IP地址数量为γ(Di)，地表大区Di扩展后需分配的IP地址数量Γ(Di)为ρ(Di)＝log2Γ(Di)；其中，为进行向上取整符号；(2)计算得到扩展后所有地表大区总的IP地址数量为ρt＝log2Γt；(3)如果ρt＝log2Γt不大于32，将大区重新排列为对于i＝1,...,ND，Dk(i)的起始IP地址IPstart(Dk(i))与结束IP地址IPback(Dk(i))满足IPback(Dk(i))＝IPstart(Dk(i))+Γ(Dk(i))-1D(k(i))的子网掩码为IP0为IP地址初始值。所述的将大区重新排列为的方法为：第一步：设一组整数k(1),...,k(ND)，满足k(i)＝i，i＝1,...,ND；第二步：设T＝ND-1；第三步：对于i＝1,...,T，如果ρ(Dk(i))<ρ(Dk(i+1))，则令y＝k(i+1)，k(i+1)＝k(i)，k(i)＝y；第四步：将T的值减1，如果T≥1，则进入第三步；如果T＝0，则得到重排后的大区顺序所述的建立各个地表大区中用户终端与卫星对地端口的IP地址更新规则的方法为：(1)记walker星座有NS＝m·n颗卫星，m为轨道数量，n为每个轨道中的卫星数量，各个轨道均为以地球为半径的圆形，轨道半径为R，轨道倾角为θ，相邻轨道面的升焦点赤经差值相同，轨道中相邻卫星与地心连线的夹角为(2)对于l＝1,...,m、d＝1,...,n，设第l个轨道面上的第d颗卫星的坐标为ωl,d＝(λl,d,φl,d,R)；对应的极地轨道映射坐标为其中，Π(x)＝2-2k·π，-π+2k·π≤x≤π+2k·π，为第l个轨道面的升半圈与赤道面的夹角，为第l个轨道面的降半圈与赤道面的夹角；(3)进行倾斜圆轨道坐标均匀化的映射，得到所对应的均匀化极轨坐标为Ωl,d＝(Λ(λl,d),Φ1(φl,d),R)其中，Φ1满足：当m为奇数时对于l＝1,2,...,m，当m为偶数时对于l＝1,2,...,m，(4)对于l＝1,...,m、d＝1,...,n，设卫星Sl,d的坐标为ωl,d、对应的极地轨道映射坐标为均匀化极轨坐标为Ωl,d，则Sl,d对地端口地址的分配和更新按照如下规则：如果Sl,d的均匀化极轨坐标Ωl,d位于某个平行大区Di范围内，则Sl,d对地端口地址为IP(Sl,d)＝IPstart(Di)+1随着Sl,d的运动，如果Ωl,d由大区Di运动到另一个平行大区Dj，则Sl,d的对地端口地址变更为IP(Sl,d)＝IPstart(Dj)+1；对于地表大区Di中IP地址的分配和更新规则为：(41)设IPava(Di)为Di中没有被分配的IP地址集合，IPmin(Di)＝minIPava(Di)为IPava(Di)的最小IP地址；如果Di内没有移动用户，则IPava(Di)＝{IPstart(Di)+2,IPstart(Di)+3,...,IPback(Di)-1}，IPmin(Di)＝minIPava(Di)＝IPstart(Di)+2；如果Di内除IPstart(Di)、IPstart(Di)+1、IPback(Di)外，所有IP地址已分配，则(42)当用户a进入Di区域范围时，如果则a的地址为IP(a)＝IPmin(Di)，IPava(Di)＝I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法，其特征在于包括如下步骤：(1)进行地表大区划分；(2)建立各个地表大区的IP地址分配规则；(3)建立各个地表大区中用户终端与卫星对地端口的IP地址更新规则。

【技术特征摘要】
1.一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法，其特征在于包括如下步骤：(1)进行地表大区划分；(2)建立各个地表大区的IP地址分配规则；(3)建立各个地表大区中用户终端与卫星对地端口的IP地址更新规则。2.根据权利要求1所述的一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法，其特征在于：所述的所述的地表大区划分的方法为：(1)获取Walker星座网络的轨道面数m、每个轨道面的卫星数n；(2)当n＝2,4,6,8时，将地球表面剖分成行，每行有Cd＝2m个均分的地表大区，进而得到当前的所有地表大区数量ND为其中，NS为Walker星座网络的卫星数；计算得到地表大区的相同纬度间隔经度间隔为进而得到凯莱投影地图下Walker星座网络地表大区划分，设i＝1,...,Rd，第i行大区位于纬线位于零度经线右侧的地表大区标号依次为(3)当n≥9时，设如果n为奇数，在纬度范围内划分为行，每行有Cd＝2m个地表大区，在各一个地表大区，得到地表大区总数为如果n为偶数，在纬度范围内划分成行，每行有Cd＝2m个地表大区，在和中各一个大区，得到当前情况下地表大区总数为其中，m≥1，且n为偶数或为n≥9的奇数。3.根据权利要求1或2所述的一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法，其特征在于：所述的建立各个地表大区的IP地址分配规则的方法为：(1)设地表大区编号为地表大区Di所需的IP地址数量为γ(Di)，地表大区Di扩展后需分配的IP地址数量Γ(Di)为ρ(Di)＝log2Γ(Di)；其中，为进行向上取整符号；(2)计算得到扩展后所有地表大区总的IP地址数量为ρt＝log2Γt；(3)如果ρt＝log2Γt不大于32，将大区重新排列为对于i＝1,...,ND，Dk(i)的起始IP地址IPstart(Dk(i))与结束IP地址IPback(Dk(i))满足IPback(Dk(i))＝IPstart(Dk(i))+Γ(Dk(i))-1D(k(i))的子网掩码为IP0为IP地址初始值。4.根据权利要求3所述的一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法，其特征在于：所述的将大区重新排列为的方法为：第一步：设一组整数k(1),...,k(ND)，满足k(i)＝i，i＝1,...,ND；第二步：设T＝ND-1；第三步：对于i＝1,...,T，如果ρ(Dk(i))<ρ(Dk(i+1))，则令y＝k(i+1)，k(i+1)＝k(i)，k(i)＝y；第四步：将T的值减1，如果T≥1，则进入第三步；如果T＝0，则得到重排后的大区顺序5.根据权利要求1或2所述的一种Walker星座网络的地理分区IP编址方法，其特征在于：所述的建立各个地表大区中用户终端与卫星对地端口的IP地址更新规则的方法为：(1)记walker星座有NS＝m·n颗卫星，m为轨道数量，n为每个轨道中的卫星数量，各个轨道均为以...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亮，丁睿，赵源，沈宇飞，梁宗闯，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11