基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法技术

基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，属于卫星网络技术领域。本发明专利技术致力于提出基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，核心在于利用同轨道平面的卫星节点之间固定连接的特性，以业务的时延需求(或业务在卫星网络的传输时延)为约束进行多层多域卫星网络拓扑抽象，动态构建无损伤的多域卫星网络拓扑。

Topology abstraction method of multi-layer and multi domain satellite network based on service delay

【技术实现步骤摘要】
基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法
本专利技术涉及基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，属于卫星网络

技术介绍
概括或者抽象网络的物理拓扑细节以减少状态信息大小的过程称为拓扑抽象。抽象后的拓扑是原来物理拓扑中的节点和链路紧凑的简洁描述。拓扑抽象的原则是减少通信开销和降低网络节点的储存开销，利用拓扑抽象技术可以传播较少的信息作为路由算法的输入。常用的拓扑抽象方式有单点汇聚、全连通汇聚、星状拓扑汇聚三种。单节点汇聚就是把整个网络汇聚成单个点。在统一化单节点汇聚中每个网关节点对其它网络通告相同的参数(带宽、延迟)向量，而在差异化单节点汇聚中每个节点对其它域通告不同的参数(带宽、延迟)向量。全连通汇聚提供网关节点的全连接，以牺牲时间和空间复杂度来计算汇聚拓扑，能很好的反映物理拓扑的细节。星状拓扑汇聚相对于单节点汇聚和全连通汇聚是一种折中的方法，它每个域内的边界节点通过虚拟链路与一个虚拟的中间节点相连。现有的拓扑抽象技术主要应用场景为地面复杂网络，对于卫星网络拓扑抽象技术的研究几乎没有。若直接将传统拓扑抽象方法应用在多层多域的网络场景下则传统方法存在三点不足。第一，现有技术主要应用于地面的固定网络拓扑，不具有动态改变的特性，由于卫星网络拓扑的动态性，直接使用现有技术会导致抽象拓扑需要频繁更新，增加网络计算负担。第二，现有技术没有考虑卫星网络多层多域的特点，由于节点的动态性和GEO覆盖范围的动态性，不能直接将卫星网络映射成地面网络进行计算。第三，现有技术多考虑在拓扑结构恒定不变的网络中采用静态路由协议进行包转发，不能满足基于SDN架构下卫星网络的动态路由方式。
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，提供了基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，利用卫星轨道的特性简化了拓扑抽象的过程也对网络信息作了很好的保留，应用本专利技术得到的代理卫星在拓扑更新时不需要重新选取计算，只需要将所属的单域控制器换成当前控制器的右邻居(以顺时针计算)，并更新链路权重就能完成更新，既减少拓扑更新的频率又减少卫星的计算负担。本专利技术的技术解决方案是：基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，包括如下步骤：当地面站有业务时延需求时，地面站多域控制器向GEO单域控制器下发拓扑建立请求；GEO单域控制器收到拓扑建立请求后将自己域内的网络进行拓扑聚合，生成单域拓扑后发送至地面站多域控制器；地面站多域控制器将单域拓扑按照业务时延需求分类聚合成多域拓扑，完成卫星网络拓扑抽象；当GEO单域控制器当前域内任意一个GEO单域控制器的代理卫星离开GEO单域控制器的覆盖范围时，相邻方向的GEO单域控制器获取前一个GEO单域控制器的代理卫星，并重新进行拓扑聚合及后续步骤。进一步地，所述进行拓扑聚合包括生成GEO单域控制器代理卫星的节点抽象和生产每两个代理卫星之间的逻辑链路的链路抽象；所述代理卫星和逻辑链路构成单域拓扑。进一步地，所述节点抽象的方法为，每个GEO单域控制器对其覆盖的卫星按轨道进行抽象：每个轨道选择GEO单域控制器域内存在时间最长的卫星作为代理卫星。进一步地，所述选择GEO单域控制器域内存在时间最长的那颗卫星作为代理卫星，具体为：GEO卫星的覆盖范围与轨道相交的焦点，依据卫星运行方向分别记为进入点和离开点，选择离进入点近的卫星作为代理卫星。进一步地，所述链路抽象的方法为：每两个代理卫星之间的逻辑链路的权值为该两个代理卫星间包传输最长路由使用的时间；根据每两个代理卫星之间的逻辑链路的权值构建每两个代理卫星之间的逻辑链路。进一步地，所述业务时延需求包括时延不敏感型、时延大于预设值型和时延小于预设值型。进一步地，所述将单域拓扑按照业务时延需求分类聚合成多域拓扑的方法为：当业务时延需求为时延不敏感型时，将单域拓扑组合成一个不重不漏的轨道代理集合作为多域拓扑；所述不重不漏的轨道代理集合中的代理卫星均位于不同卫星轨道，且包含所有的卫星轨道。进一步地，所述将单域拓扑按照业务时延需求分类聚合成多域拓扑的方法为：当业务时延需求为时延大于预设值型时，若存在一颗GEO卫星能够获得所有代理卫星，则选择该GEO卫星的单域拓扑和与距离该GEO卫星最远的GEO卫星的单域拓扑进行全连接后作为多域拓扑；若不存在，则将任意一颗GEO卫星的单域拓扑和另一颗GEO卫星的单域拓扑进行全连接后作为多域拓扑。进一步地，所述另一颗GEO卫星为与这颗GEO卫星左相邻或右相邻的一颗GEO卫星，或与这颗GEO卫星相对的另一颗GEO。进一步地，所述将单域拓扑按照业务时延需求分类聚合成多域拓扑的方法为：当业务时延需求为时延小于预设值型时，选择至少一半的GEO卫星的单域拓扑做全连接；所述至少一半的GEO卫星包括距离最远的一对GEO卫星，以及其他GEO卫星中链路权重小的GEO卫星。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术针对卫星的动态网络拓扑提供更低新频率的多域抽象拓扑(2)本专利技术将动态拓扑转换成静态抽象网络便于计算和转发(3)本专利技术通过少量的代理节点实现业务的时延分级转发，降低多于拓扑的复杂度附图说明图1为链路连接性转换示意图；图2为基于时延的拓扑抽象方法示意图；图3为基于业务时延的拓扑抽聚合方法示意图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步解释和说明。基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，卫星网络拓扑具有周期性变化，同轨道平面卫星链路持续链接，不同轨道平面卫星链路周期性连接的特性，可将周期性连接链路通过轨道平面内多次转发转换成持续链路。如图1所示，卫星A、卫星B和卫星C分别是位于三个轨道平面的卫星，A轨道平面内A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8之间的链路在整个网络运行过程中都是持续链接的。不同平面之间链路是周期连接的，如链路A1->B5。但是通过在A轨道平面和B轨道平面间的转发过程A1->A2->A3->A4->B3->B4->B5，在业务时延容忍的情况下就可以认为链路A1->B5也是持续的链路。同理，不同卫星轨道层间的链路都可以转化为以不同时延为cost的持续链路，此链路连接性转换的想法是本专利实现的基础。图2所示为基于业务时延的拓扑抽象方法，整个流程可分为4步，步骤如下：步骤1：多域拓扑建立请求——当地面站有业务时延需求时，地面站多域控制器向GEO单域控制器下发拓扑建立请求，GEO单域控制器向地面站多域控制器发送GEO当前对应的卫星轨道拓扑结构。步骤2：单域拓扑抽象——单域控制器收到拓扑建立请求时将自己域内的网络进行拓扑聚合；拓扑聚合的方法包括节点抽象(2.1)和链路抽象(2.2)。2.1节点抽象，每个单域控制器对覆盖的卫星按轨道进行抽象：每个轨道选择一个代理卫星；为减少抽象拓扑更新频率，应选择域内存在时间最长的那颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，其特征在于，包括如下步骤：/n当地面站有业务时延需求时，地面站多域控制器向GEO单域控制器下发拓扑建立请求；/nGEO单域控制器收到拓扑建立请求后将自己域内的网络进行拓扑聚合，生成单域拓扑后发送至地面站多域控制器；/n地面站多域控制器将单域拓扑按照业务时延需求分类聚合成多域拓扑，完成卫星网络拓扑抽象；/n当GEO单域控制器当前域内任意一个GEO单域控制器的代理卫星离开GEO单域控制器的覆盖范围时，相邻方向的GEO单域控制器获取前一个GEO单域控制器的代理卫星，并重新进行拓扑聚合及后续步骤。/n

【技术特征摘要】
1.基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，其特征在于，包括如下步骤：
当地面站有业务时延需求时，地面站多域控制器向GEO单域控制器下发拓扑建立请求；
GEO单域控制器收到拓扑建立请求后将自己域内的网络进行拓扑聚合，生成单域拓扑后发送至地面站多域控制器；
地面站多域控制器将单域拓扑按照业务时延需求分类聚合成多域拓扑，完成卫星网络拓扑抽象；
当GEO单域控制器当前域内任意一个GEO单域控制器的代理卫星离开GEO单域控制器的覆盖范围时，相邻方向的GEO单域控制器获取前一个GEO单域控制器的代理卫星，并重新进行拓扑聚合及后续步骤。


2.根据权利要求1所述的基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，其特征在于：所述进行拓扑聚合包括生成GEO单域控制器代理卫星的节点抽象和生产每两个代理卫星之间的逻辑链路的链路抽象；所述代理卫星和逻辑链路构成单域拓扑。


3.根据权利要求2所述的基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，其特征在于，所述节点抽象的方法为，每个GEO单域控制器对其覆盖的卫星按轨道进行抽象：每个轨道选择GEO单域控制器域内存在时间最长的卫星作为代理卫星。


4.根据权利要求3所述的基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，其特征在于，所述选择GEO单域控制器域内存在时间最长的那颗卫星作为代理卫星，具体为：GEO卫星的覆盖范围与轨道相交的焦点，依据卫星运行方向分别记为进入点和离开点，选择离进入点近的卫星作为代理卫星。


5.根据权利要求2所述的基于业务时延的多层多域卫星网络拓扑抽象方法，其特征在于，所述链路抽象的方法为：每两个代理卫星之间的逻辑链路的权值为该两个代理卫星间包传输最长路由使用的时间；根据每两个代理卫...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明章，李久超，张千，衣龙腾，李昕滢，赵永利，
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