基于虚拟LEO组节点的双层卫星分组路由方法技术

本发明专利技术提供了一种基于虚拟LEO组节点的双层卫星分组路由方法，包括步骤1：对LEO进行分组；步骤2：根据LEO组内链路状态报告和虚拟LEO组节点的链路状态报告得到组内局部路由算法和边界路由算法，并进行数据转发；步骤3：更新在LEO层组内ISL切换、LEO层组间ISL切换以及LEO/MEO层IOL状态切换时的算法；步骤4：对LEO组内发生拥塞和/或LEO组外边界发生拥塞的情况时进行拥塞控制和负载均衡。本发明专利技术解决卫星快照切换频繁的问题和网络拓扑中负载不均衡的问题，隐藏LEO层ISL链路状态变化和LEO/MEO层间IOL链路状态变化，减少不必要的快照切换，并据此进行相应的拥塞控制，提高卫星的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟LEO组节点的双层卫星分组路由方法
本专利技术涉及通信
，具体地，涉及一种基于虚拟LEO组节点的双层卫星分组路由方法。
技术介绍
卫星网络具有提供全球覆盖率、不受地理条件限制等优势，支持灵活、可扩展的网络配置，为全球用户提供高带宽的通信服务。按照卫星的工作轨道分类，不同的星座具有不同的优势和劣势。LEO卫星具有较小的传播时延，但是LEO卫星的覆盖范围有限，需要较多的卫星进行全球覆盖，导致远距离传输依赖中数据包跳数过多，进而浪费卫星资源。GEO星座的高度较高，可以用较少的卫星实现全球覆盖，但是GEO直接与地面通信具有较大的传播时延，难以满足时延敏感型业务的需求。MEO星座的高度则介于GEO和LEO之间。多层卫星组网系统充分结合不同类型星座的优势，成为下一代卫星的研究热点之一。由于卫星严格有规律的轨道运动，卫星网络的动态拓扑是可以预测的，并呈现一定的周期性。基于这一特点，卫星网络的路由技术采用拓扑控制策略来屏蔽拓扑的动态性，而后针对静态的拓扑序列进行路由优化计算。在多层卫星网络中，虚拟拓扑路由策略可以很好的解决拓扑动态变化问题。卫星星座的系统周期被分为N个快照，每个快照内的卫星拓扑被认为是固定不变的，而后针对固定的拓扑进行路由计算。文献(ChenC,EkiciE,AkyildizIF.SatellitegroupingandroutingprotocolforLEO/MEOsatelliteIPnetworks[C]//InternationalWorkshoponWirelessMobileMultimedia,WOWMOM2002,Atlanta,Georgia,28September2002,Proceedings.2002:109-116.)提出了SGRP算法，在使用虚拟拓扑的基础上进行卫星分组路由。该算法中，根据MEO与LEO卫星的覆盖关系，同一颗MEO卫星足印区的LEO卫星被分为一组，统一由该MEO进行管理。每一个特定的分组情况为一个快照。当某一颗卫星越过该MEO的足印区使得卫星分组情况发生改变时，则需要重新路由。然而，在多层卫星网络体系结构中，MEO与LEO层间链路的变化剧烈，导致SGRP中分组关系变化剧烈，一个系统周期内快照过多，快照切换频繁，协议开销较大，对通信流量、链路拥塞及链路故障等实时情况的适应性较差。此外，SGRP中的数据传输主要通过LEO进行，MEO仅仅进行路由计算和拥塞控制，造成MEO网络资源浪费。文献(NishiyamaH,KudohD,KatoN,etal.LoadBalancingandQoSProvisioningBasedonCongestionPredictionforGEO/LEOHybridSatelliteNetworks.[J].ProceedingsoftheIEEE,2011,99(11):1998-2007.)提出了基于GEO/LEO两层卫星星座的拥塞控制路由算法，针对不同的业务类型进行负载均衡。当LEO层卫星链路负载较高时，将时延较敏感型业务通过LEO卫星进行转发，而将时延不敏感型业务转发给其对应的GEO管理者，从而进行负载均衡。然而，由于将链路负载较高的LEO卫星的时延不敏感型业务通过同一个GEO管理者进行转发，很容易导致该GEO的拥塞，进而成为系统性能的瓶颈，并没有实现高层卫星星座的负载均衡。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于虚拟LEO组节点的双层卫星分组路由方法。根据本专利技术提供的基于虚拟LEO组节点的双层卫星分组路由方法，包括如下步骤：步骤1：对LEO进行分组；步骤2：根据LEO组内链路状态报告和虚拟LEO组节点的链路状态报告得到组内局部路由算法和边界路由算法，并进行数据转发；步骤3：更新在LEO层组内ISL切换、LEO层组间ISL切换以及LEO/MEO层IOL状态切换时的算法；步骤4：对LEO组内发生拥塞和/或LEO组外边界发生拥塞的情况时进行拥塞控制和负载均衡。优选地，所述步骤1包括：步骤1.1：根据MEO的覆盖范围，将MEO覆盖的区域内卫星个数与NL0/NM0的比值的偏差在设定范围内的LEO分为一组，且保证每组LEO至少包含一个MEO平均覆盖时间大于t0的LEO连通分支，生成LEO的初步分组；其中：NL0表示一个MEO可视距内的LEO数目的期望值，NM0表示一个LEO可视距的MEO数目的期望值；t0的计算如下：t0＝tmax-εt式中：tmax为MEO最长覆盖时间，εt为MEO覆盖时间的经验调节因子；步骤1.2：以链路负载超过阈值I0的星间链路为划分条件，将当前组LEO划分为一个或多个LEO分组；判断划分后的LEO分组中是否包含链路负载超过阈值α的星间链路，若不存在，则划分结束；若存在，则继续切割链路负载超过阈值α的星间链路，形成新的连通分支；其中，阈值I0的计算如下：I0＝C-εI式中：C表示链路带宽，I表示时延敏感性业务的吞吐率阈值，ε表示经验调节因子；步骤1.3：每个LEO分组均对应一个分组的管理者MEO，具体地，以Mi表示第i个LEO分组的管理者，该LEO分组中的LEO依次记为Li1,Li2,Li3…LiN；i为大于0的自然数，Li1表示第i个LEO分组中的第一个LEO，LiN表示第N个LEO分组中的第N个LEO，N表示LEO分组中LEO总数。优选地，所述步骤2中组内局部路由算法和边界路由算法是指：将LEO分组虚拟化为一个LEO组节点，并判断虚拟LEO组节点与其他虚拟LEO组节点以及MEO的可达关系，并根据可达关系建立对应的虚拟链路，根据建立的虚拟链路计算出虚拟链路状态，从而对虚拟LEO组节点所代表的LEO分组内进行局部路由计算以及根据MEO和虚拟LEO组节点的链路状态进行全局路由计算。优选地，所述步骤3包括：当在LEO层组内ISL切换时，LEO组内的链路状态报告发生改变，则LEO组重新计算组内局部路由表；当在LEO层组间ISL切换时，虚拟LEO组节点的链路状态报告发生改变，则重新计算LEO层组间的全局路由表；当LEO/MEO层IOL状态切换时，组内LEO和MEO之间的可达信息发生改变，则通过缩小可达域的方法延迟通知相邻LEO更新组成员状态表；当超过一个系统周期，或存在某个虚拟LEO组节点与该虚拟LEO组节点对应的管理者MEO不可达时，进行一次快照切换，重新计算路由后再进行数据转发。优选地，缩小可达域的方法是指：当存在一个LEO组与该LEO组的MEO管理者的IOL链路可达状态发生改变时，更新该LEO组内对应的组成员状态表，并判断该LEO组是否有未转发的链路状态信息；若无未转发的链路状态信息，则向与MEO管理者可达的相邻LEO组节点转发该LEO组的状态改变报告；若有未转发的链路状态信息，则向与MEO管理者可达的相邻LEO组节点转发该LEO组的状态改变报告以及未转发状态改变报告；当一个LEO组收到相邻LEO组节点发送的状态改变报告时，更新该LEO组内对应的组成员状态表，并保存该状态改变信息直至当前LEO组与MEO管理者的IOL状态发生改变或发生快照切换。优选地，所述步骤4包括：当LEO组内某一条链路负载发生拥塞，则在该LEO组内重新进行最短路径计算，并修正该LEO组的局部路由表；当L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟LEO组节点的双层卫星分组路由方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对LEO进行分组；步骤2：根据LEO组内链路状态报告和虚拟LEO组节点的链路状态报告得到组内局部路由算法和边界路由算法，并进行数据转发；步骤3：更新在LEO层组内ISL切换、LEO层组间ISL切换以及LEO/MEO层IOL状态切换时的算法；步骤4：对LEO组内发生拥塞和/或LEO组外边界发生拥塞的情况时进行拥塞控制和负载均衡。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟LEO组节点的双层卫星分组路由方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对LEO进行分组；步骤2：根据LEO组内链路状态报告和虚拟LEO组节点的链路状态报告得到组内局部路由算法和边界路由算法，并进行数据转发；步骤3：更新在LEO层组内ISL切换、LEO层组间ISL切换以及LEO/MEO层IOL状态切换时的算法；步骤4：对LEO组内发生拥塞和/或LEO组外边界发生拥塞的情况时进行拥塞控制和负载均衡。2.根据权利要求1所述的基于虚拟LEO组节点的双层卫星分组路由方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤1.1：根据MEO的覆盖范围，将MEO覆盖的区域内卫星个数与NL0/NM0的比值的偏差在设定范围内的LEO分为一组，且保证每组LEO至少包含一个MEO平均覆盖时间大于t0的LEO连通分支，生成LEO的初步分组；其中：NL0表示一个MEO可视距内的LEO数目的期望值，NM0表示一个LEO可视距的MEO数目的期望值；t0的计算如下：t0＝tmax-εt式中：tmax为MEO最长覆盖时间，εt为MEO覆盖时间的经验调节因子；t0表示平均覆盖时间判断阈值；步骤1.2：以链路负载超过阈值I0的星间链路为划分条件，将当前组LEO划分为一个或多个LEO分组；判断划分后的LEO分组中是否包含链路负载超过阈值α的星间链路，若不存在，则划分结束；若存在，则继续切割链路负载超过阈值α的星间链路，形成新的连通分支；其中，阈值I0的计算如下：I0＝C-εI式中：C表示链路带宽，I表示时延敏感性业务的吞吐率阈值，ε表示经验调节因子；步骤1.3：每个LEO分组均对应一个分组的管理者MEO，具体地，以Mi表示第i个LEO分组的管理者，该LEO分组中的LEO依次记为Li1,Li2,Li3…LiN；i为大于0的自然数，Li1表示第i个LEO分组中的第一个LEO，LiN表示第N个LEO分组中的第N个LEO，N表示LEO分组中LEO总数。3.根据权利要求1所述的基于虚拟LEO组节点的双层卫星分组路由方法，其特征在于，所述步骤2中组内局部路由算法和边界路由算法是指：将LEO分组虚拟化为一个LEO组节点，并判断虚拟LEO组节点与其他虚拟LEO组节点以及MEO的可达关系，并根据可达关系建立对应的虚拟链路，根据建立的虚拟链路计算出虚拟链路状态，从而对虚拟LE...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐飞龙，李书坤，陈静，陈龙，李旭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31