低轨星座网络中的拥塞避免路由方法技术

一种低轨星座网络中的拥塞避免路由方法，包括如下步骤：步骤1：采用数据驱动的路由计算机制，仅在有数据要发送低轨卫星星座网络中的卫星节点上计算可用路径；步骤2：采用主动发现与自动探测相结合的状态通知机制收集链路状态信息，在发出业务报文的同时发出探测报文，并在所述探测报文中携带路径信息，拥塞链路的两端节点向邻居发送状态通知消息；步骤3：源端卫星节点发出业务报文时，通过利用可用路径的状态信息从可用路径集合中选择最佳路径；步骤4：利用所述最佳路径发送业务报文，路径上发生拥塞或故障时进行重路由处理。能够避免潜在的网络级联拥塞，能够解决基于局部网络状态信息选路引发的局部优化问题。选路引发的局部优化问题。选路引发的局部优化问题。

【技术实现步骤摘要】
低轨星座网络中的拥塞避免路由方法


[0001]本专利技术涉及低轨卫星星座网络
，也涉及重路由
，具体涉及一种低轨星座网络中的拥塞避免路由方法。

技术介绍

[0002]低轨(LEO)卫星星座网络由于卫星轨道高度较低，传输时延和星地链路损耗更小，在天地一体化网络构建中具有重要作用。但由于低轨(LEO)卫星星座中卫星运行速度快，轨道周期短，网络中通过星际链路(ISL)形成的拓扑结构具有高度的动态性，这对网络路由方法带来极大挑战。随着网络中业务量的大幅增加，卫星星座网络中卫星部署的均匀性与地面用户的业务需求非均匀性之间的矛盾越来越突出。
[0003]传统最短路径的路由方法由于仅考虑链路时延或跳数，不考虑流量分布，因此会加剧上述矛盾。致使卫星星座网络在为用户提供服务时，星际链路之间的数据负载量存在很大差异，有些链路负载很大，甚至出现拥塞，而有些链路上却少有数据传输，严重影响了用户的服务质量。因此需要使流量在不同链路上均衡分布，并随着卫星星座网络流量变化及时调整路径，即需要提出能够避免链路拥塞、使流量负载均衡分布的路由方法。
[0004]现有卫星星座网络的负载均衡路由方法为了减小路径选择开销，通常采用分布式方法，并以卫星节点附近的局部链路状态信息为依据确定最佳路径，容易引发卫星星座网络中的级联拥塞，而且可能使卫星星座网络趋于不稳定，严重影响卫星星座网络性能。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了一种低轨星座网络中的拥塞避免路由方法，通过利用卫星星座网络中的路径状态信息从可用路径集合中选择最佳路径，避免潜在的网络级联拥塞，能够解决基于局部网络状态信息选路引发的局部优化问题。同时，结合卫星星座网络拓扑的可预见性计算可用路径集合，利用主被动相结合的状态通知机制，能够减小路径计算开销，兼顾链路状态获取的及时性。
[0006]为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供了一种低轨星座网络中的拥塞避免路由方法的解决方案，具体如下：
[0007]一种低轨星座网络中的拥塞避免路由方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：采用数据驱动的路由计算机制，仅在有数据要发送低轨卫星星座网络中的卫星节点上计算可用路径；
[0009]步骤2：采用主动发现与自动探测相结合的状态通知机制收集链路状态信息，在发出业务报文的同时发出探测报文，并在所述探测报文中携带路径信息，拥塞链路的两端节点向邻居发送状态通知消息；
[0010]步骤3：源端卫星节点发出业务报文时，通过利用可用路径的状态信息从可用路径集合中选择最佳路径，即要求最佳路径上的所有链路上的卫星节点中的报文队列的长度均不大于拥塞门限；步骤4：利用所述最佳路径发送业务报文，路径上发生拥塞或故障时进行
重路由处理。
[0011]进一步的，所述利用所述最佳路径发送报文的方法，包括：
[0012]步骤5-1：利用所述最佳路径发送报文，如探测发现最佳路径上的链路发生拥塞或故障，则为报文重新选路；
[0013]步骤5-2：重新选路的过程与所述最佳路径的选择过程相同。
[0014]进一步的，所述重新选路过程与最佳路径的选择过程相同。
[0015]进一步的，所述卫星星座中的链路状态，包括拥塞、正常和故障三种状态：
[0016]初始运行时所有链路处于正常状态，当某报文队列的长度大于拥塞门限时，该链路进入拥塞状态；当某报文队列的长度小于恢复门限时，链路返回正常状态；且拥塞门限大于恢复门限；当链路出现故障时，进入故障状态；故障恢复时，返回正常状态；
[0017]所述链路拥塞状态表记录网络中发生拥塞或故障的链路信息，初始状态时该表为空，当收到状态通知时根据通知信息增加或删除该表对应的表项。
[0018]进一步的，所述采用数据驱动的路由计算机制，仅在有数据要发送的低轨卫星星座网络中的卫星节点上计算可用路径的方法，包括：
[0019]在所述低轨卫星星座运行的一个时间片内星座网络拓扑结构不发生变化，根据预先可知的星座网络拓扑计算出K条可用路径组成可用路径集合，该路径集合中的路径满足路径时延小于预设的时延门限的约束条件，计算得到的路径集合存储于所述卫星节点的路由表中，并在该时间片内无需再次计算路径集合，其中，K为正整数。
[0020]进一步的，所述采用自动探测与主动发现相结合的状态通知机制收集链路状态信息的方法，包括：
[0021]自动探测；
[0022]主动发现。
[0023]进一步的，所述主动发现的方法，包括：
[0024]步骤3-1：源端卫星节点在发送业务报文的同时，沿最佳可用路径向目的端卫星节点发送探测报文；
[0025]步骤3-2：一旦在可用路径上得知某链路已经处于拥塞状态，则立即返回源端卫星节点告知状态，使其重新选择路径，同时通知该可用路径上所经过的各沿途的卫星节点；
[0026]步骤3-3：并把拥塞的路径状态信息存储于源端节点和被通知的中间节点的预设的链路拥塞状态表中。
[0027]进一步的，所述自动探测的方法，包括：
[0028]步骤1-1：初始的时候所述卫星星座网络中的卫星节点把链路状态设置为正常状态；
[0029]步骤1-2：接着所述卫星星座网络中的卫星节点就检测其内部设置的报文队列的长度；
[0030]步骤1-3：所述卫星星座网络中的卫星节点当监测到报文队列的长度大于拥塞门限时，把链路状态设置为拥塞状态，并仅向除该拥塞链路另一端节点之外的其它相邻的卫星节点发送拥塞通知消息；
[0031]步骤1-4：所述卫星星座网络中的卫星节点又监测到报文队列的长度不大于拥塞门限时，即恢复可用状态时，把链路状态恢复为正常状态，并仅向除该拥塞链路另一端节点
的其它相邻的卫星节点发送恢复正常状态的通知消息。
[0032]进一步的，所述自动探测的方法，还包括：
[0033]步骤2-1：所述卫星星座网络中的相邻卫星节点通过互相发送周期性的心跳报文来维持连接状态；
[0034]步骤2-2：一旦某个卫星节点发送的心跳报文的响应时间超过预设的门限时间，则判断其相邻的卫星节点故障，把链路状态设置为故障状态，并仅向其相邻的卫星节点发送故障通知消息；
[0035]步骤2-3：一旦某个卫星节点发送的心跳报文的响应时间又未超过预设的门限时间，则判断其相邻的卫星节点恢复正常，即恢复可用状态时，把链路状态恢复为正常状态，并仅向其相邻的卫星节点发送恢复正常状态的消息。
[0036]进一步的，所述最佳路径的选择过程为：
[0037]步骤4-1：对可用路径集合中的可用路径按照路径时延升序排序；
[0038]步骤4-2：按照所述排序的序列依次对各个可用路径通过查询链路拥塞状态表来检查可用路径上的链路状态是否为拥塞或故障，如果存在这样的链路，则该可用路径不满足条件，不能被选为最佳路径；
[0039]步骤4-3：直至检查到可用路径上的链路状态未出现拥塞和故障，就把该可用路径作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨星座网络中的拥塞避免路由方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采用数据驱动的路由计算机制，仅在有数据要发送低轨卫星星座网络中的卫星节点上计算可用路径；步骤2：采用主动发现与自动探测相结合的状态通知机制收集链路状态信息，在发出业务报文的同时发出探测报文，并在所述探测报文中携带路径信息，拥塞链路的两端节点向邻居发送状态通知消息；步骤3：源端卫星节点发出业务报文时，通过利用可用路径的状态信息从可用路径集合中选择最佳路径，即要求最佳路径上的所有链路上的卫星节点中的报文队列的长度均不大于拥塞门限；步骤4：利用所述最佳路径发送业务报文，路径上发生拥塞或故障时进行重路由处理。2.根据权利要求1所述的低轨星座网络中的拥塞避免路由方法，其特征在于，所述利用所述最佳路径发送报文的方法，包括：步骤5-1：利用所述最佳路径发送报文，如探测发现最佳路径上的链路发生拥塞或故障，则为报文重新选路；步骤5-2：重新选路的过程与所述最佳路径的选择过程相同。3.根据权利要求2所述的低轨星座网络中的拥塞避免路由方法，其特征在于，所述重新选路过程与最佳路径的选择过程相同。4.根据权利要求1所述的低轨星座网络中的拥塞避免路由方法，其特征在于，所述卫星星座中的链路状态，包括拥塞、正常和故障三种状态：初始运行时所有链路处于正常状态，当某报文队列的长度大于拥塞门限时，该链路进入拥塞状态；当某报文队列的长度小于恢复门限时，链路返回正常状态；且拥塞门限大于恢复门限；当链路出现故障时，进入故障状态；故障恢复时，返回正常状态；所述链路拥塞状态表记录网络中发生拥塞或故障的链路信息，初始状态时该表为空，当收到状态通知时根据通知信息增加或删除该表对应的表项。5.根据权利要求1所述的低轨星座网络中的拥塞避免路由方法，其特征在于，所述采用数据驱动的路由计算机制，仅在有数据要发送的低轨卫星星座网络中的卫星节点上计算可用路径的方法，包括：在所述低轨卫星星座运行的一个时间片内星座网络拓扑结构不发生变化，根据预先可知的星座网络拓扑计算出K条可用路径组成可用路径集合，该路径集合中的路径满足路径时延小于预设的时延门限的约束条件，计算得到的路径集合存储于所述卫星节点的路由表中，并在该时间片内无需再次计算路径集合，其中，K为正整数。6.根据权利要求1所述的低轨星座网络中的拥塞避免路由方法，其特征在于，所述采用自动探测与主动发现相结合的状态通知机制收集链路状态信息的方法，包括：自动探测；主动发现。7.根据权利要求5所述的低轨星座网络中的拥塞避免路由方...

【专利技术属性】
技术研发人员：续欣，董超颖，刘爱军，童新海，丁祥，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：