卫星网络集中式组网方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种卫星网络集中式组网方法、装置、设备及存储介质，其中，所述卫星网络集中式组网方法，包括：低轨卫星的路由集中生成；多路径路由下发；路由快照切换；故障恢复与重路由；解决了低轨卫星网络可视、可管、可控问题；这样的低轨卫星集中式组网方法，解决了路由集中生成、多路径路由下发、路由快照切换及故障恢复与重路由等问题。

【技术实现步骤摘要】
卫星网络集中式组网方法、装置、设备及存储介质
本专利技术涉及低轨卫星组网
，主要指一种卫星网络集中式组网方法、装置、设备及存储介质，尤其指一种低轨卫星网络操作系统架构及集中式组网方法。
技术介绍
低轨道卫星系统一般是指多个卫星构成的可以进行实时信息处理的大型的卫星系统，其中卫星的分布称之为卫星星座。低轨道卫星主要用于军事目标探测，利用低轨道卫星容易获得目标物高分辨率图像。低轨道卫星也用于手机通讯，卫星的轨道高度低使得传输延时短，路径损耗小。多个卫星组成的通讯系统可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效。蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。低轨道卫星是最新最有前途的卫星移动通信系统。近年来，美国SpaceX、Amazon等创新型企业纷纷计划打造低轨卫星星座，引起卫星互联网的发展热潮。低轨卫星星座运行在距地面500～1500km之间高度，具有覆盖地域广、受地形影响小、不受自然灾害影响等特点，非常适合偏远地区通信、特殊行业应用、边海防务、境外通信和应急灾害通信等。随着低轨卫星建造成本降低及B5G/6G技术的驱动，“新兴卫星互联网星座”成为产业界和学术界研究的热点领域。新兴卫星互联网星座指新近发展的、能提供数据服务、实现互联网传输功能的巨型通信卫星星座。新兴卫星互联网星座具有以下特点：(1)从星座规模看，由成百上千颗卫星组成的巨型星座；(2)从星座构成看，由运行在低地球轨道的小卫星构成；(3)从提供的服务看，主要是宽带的互联网接入服务。我国也积极开展了“鸿雁星座”和“虹云工程”等低轨卫星星座试验建设。而软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork,SDN)是一种新型网络创新架构，核心思想是将网络设备的控制面和数据面分离开来，从而实现了网络的灵活控制和智能管理，已经广泛应用于运营商骨干网和数据中心网络。卫星互联网作为新型互联网场景，具有星地相对高速运动、拓扑动态性强、星载计算能力受限等特征，空间链路具有高延时、低带宽、高误码等特点，软件定义网络为解决低轨卫星组网及管控问题带来了新的契机。当前，地面网络的路由协议(OSPF、RIP等)均不能直接应用于拓扑频繁变化的低轨卫星网络，产业界和学术界重点研究系统周期分割法、覆盖区域分割法及动态拓扑更新法等来解决低轨卫星网络路由。系统周期分割法的基本思想是按照星座运动周期和网络拓扑变化规律划分为多个拓扑，保证每个时间间隔内的网络拓扑静止不变，快照划分方法主要有链路通断快照划分方法和等时间间隔快照划分方法，铱星系统就采用了等时间间隔快照划分方法。覆盖区域分割法是利用卫星运动的周期性，对地球表面进行区域划分，并为区域划分逻辑地址，屏蔽了卫星拓扑的变化。动态拓扑更新法通过卫星节点间交换网络状态信息，获取实时的拓扑结构计算路由的方法，能够很好地响应卫星故障、链路拥塞等状况，增强低轨卫星网络的自适应性和鲁棒性。由于星上计算资源受限，系统周期分割法路由算法能够消除路由计算和信令交互传输的开销，降低卫星网络收敛时间和星上处理负担。虚路径(VirtualPath,VP)路由和快照序列(SnapShotSequence,SSS)算法是系统周期分割的典型代表。Werner等提出的虚路径路由方法将动态网络拓扑结构分割成一系列静态拓扑结构，基于静态拓扑结构计算VP路由，在入卫星和出卫星之间建立虚路由连接，形成每个时间间隔的源-目的卫星之间的虚路径组合。Gounder等人提出的快照序列算法也是将动态的卫星网络拓扑划分为一系列拓扑结构快照循环，该循环周期就是卫星网络拓扑变化的周期，网络路由的计算在地面完成。但以上方法没有考虑卫星链路故障和拥塞造成路由不可达问题。针对低轨卫星网络链路故障和拥塞问题，Shen等提出的切换感知快照路由算法根据星间链路持续时间标记星间链路的权重，尽可能选择持续时间更长的路径作为路由路径，进而减少拓扑变换造成的重路由和延时抖动。Uzunalioglu等提出的概率路由协议(ProbabilisticRoutingProtocol,PRP)和覆盖区切换重路由协议(FootprintHandoverReroutingProtocol,FHRP)是以系统周期分割法为基础，主要解决星间链路切换带来的重路由问题，降低呼叫阻塞概率及简化重路由的计算。CEMR路由算法是一种自适应的系统周期分割法路由算法，该算法利用多路径路由思想解决流量负载均衡问题，相比与传统的多路径算法具有较小的信令开销，但是由于系统周期分割法路由算法是一种静态的路由算法，利用自适应方法解决不可预测的链路故障造成的网络中断需要消耗大量的卫星计算资源。而针对系统周期切换过程中产生的流量回退和数据丢失问题，而唐竹提出的快照间回流避免算法，可以有效消除卫星网络中的回退流量，但是增加了全网平均延时、信令传输开销和卫星计算开销。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种卫星网络集中式组网方法、装置、设备及存储介质，解决了低轨卫星网络可视、可管、可控问题；同时，设计了一种低轨卫星集中式组网方法，解决了路由集中生成、多路径路由下发、路由快照切换及故障恢复与重路由等问题。本专利技术实施例提供了一种卫星网络集中式组网方法，包括：低轨卫星的路由集中生成；多路径路由下发；路由快照切换；故障恢复与重路由。进一步的，所述低轨卫星的路由集中生成包括稳定拓扑构建、不交叉主备路径生成以及路由增量压缩。进一步的，所述稳定拓扑构建的方法，包括：将拓扑变化前后发生变化的链路从原拓扑快照中删除，规避规律性链路变化对快照切换的影响，使得快照切换前后路由路径不发生改变；所述不交叉主备路径生成的方法，包括：让主备路由路径不存在共用星间链路和卫星节点；所述路由增量压缩的方法，包括：利用地面总控制器比较快照切换前后的发生改变的路由路径，利用增加路由和删除路由表示切换后的路由快照。进一步的，所述多路径路由下发的方法，包括：地面总控制器将路由数据分割为多个数据段，通过多个卫星关口站将分段的数据段下发给星载控制器，星载控制器重组收到的路由数据段。进一步的，所述路由快照切换的方法，包括路由增加和路由删除，所述路由增加是路由切换前执行，所述路由删除在路由切换后δ时间执行，设定的δ值需保证传输数据到达最远节点。进一步的，所述故障恢复与重路由的方法，包括：低轨卫星利用星载控制器的链路检测模块定期检测链路状态，将发现的故障信息发送至地面总控制器，地面总控制器找到所有受其影响的路由路径并发送路由切换指令，完成路径快速切换；地面控制器重新计算备份路由并下发到相关星载控制器。本专利技术实施例还提供一种卫星网络集中式组网装置，包括：生成模块，用于低轨卫星的路由集中生成；下发模块，用于多路径路由下发；切换模块，用于路由快照切换；故障处理模块，用于故障恢复与重路由。进一步的，所述卫星网络集中式组网装置的组网结构包括相互连接的低轨卫星星座、地面总控制器、地面关口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星网络集中式组网方法，其特征在于，包括：/n低轨卫星的路由集中生成；/n多路径路由下发；/n路由快照切换；/n故障恢复与重路由。/n

【技术特征摘要】
1.一种卫星网络集中式组网方法，其特征在于，包括：
低轨卫星的路由集中生成；
多路径路由下发；
路由快照切换；
故障恢复与重路由。


2.根据权利要求1所述的卫星网络集中式组网方法，其特征在于，所述低轨卫星的路由集中生成包括稳定拓扑构建、不交叉主备路径生成以及路由增量压缩。


3.根据权利要求2所述的卫星网络集中式组网方法，其特征在于，所述稳定拓扑构建的方法，包括：
将拓扑变化前后发生变化的链路从原拓扑快照中删除，规避规律性链路变化对快照切换的影响，使得快照切换前后路由路径不发生改变；
所述不交叉主备路径生成的方法，包括：
让主备路由路径不存在共用星间链路和卫星节点；
所述路由增量压缩的方法，包括：
利用地面总控制器比较快照切换前后的发生改变的路由路径，利用增加路由和删除路由表示切换后的路由快照。


4.根据权利要求2所述的卫星网络集中式组网方法，其特征在于，所述多路径路由下发的方法，包括：
地面总控制器将路由数据分割为多个数据段，通过多个卫星关口站将分段的数据段下发给星载控制器，星载控制器重组收到的路由数据段。


5.根据权利要求1所述的卫星网络集中式组网方法，其特征在于，所述路由快照切换的方法，包括路由增加和路由删除，所述路由增加是路由切换前执行，所述路由删除在路由切换后δ时间执行，设定的δ值需保证传输数据到达最远节点。


6.根据权利要求5所述的卫星网络集中式组网方法，其特征在于，所述故障恢复与重路由的方法，包括：低轨卫星利用星载控制器的链路检测模块定期检测链路状态，将发现的故障信息发送至地面总控制器，地面总控制器找到所有受其影响的路由路径并发送路由切换指令，完成路径快速切换；地面控制器重新计算备份路由并下发到相关星载控制器。


7.一种卫星网络集中式组网装置，其特征在于，包括：
生成模块，用于低轨卫星的路由集中生成；
下发模块，用于多路径路由下发；
切换模块，用于路由快照切换；
故障处理模块，用于故障恢复与重路由。


8.根据权利要求7所述的卫星网络集中式组网装置，其特征在于，所述卫星网络集中式组网装置的组网结构包括相互连接的低轨卫星星座、地面总控制器、地面关口站及用户终端，其中低轨卫星星座的卫星节点包括相互连接的星载控制器、星载网络设备、星间链路结构和若干个地面接口；
所述卫星网络集中式组网装置的操作系统包括地面总控制器和星载控制器。


9.根据权利要求8所述的卫星网络集中式组网装置，其特征在于，所述地面总控制器用于生成低轨卫星网络稳定拓扑和路由路径，并下发路由数据，收集低轨卫星网络故障及流量这样的信息，发送低轨卫星网络的控制信令，部署在地面节点网内，通过关口站与低轨卫星进行通信。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏，刘江，黄韬，查玄阅，马兴睿，
申请(专利权)人：网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：江苏;32