一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法及系统技术方案

一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法及系统，包括以下步骤：卫星网络拓扑划分：依据低轨卫星星座参数获取卫星网络星历数据，把卫星网络的一个完整运行周期转化为离散静态网络时间片拓扑；将卫星网络时间片拓扑简化为加权模型图，引入一条路径的瓶颈链路时间BLT，同时通过链路的时延参数w1和链路的生存时间参数w2，生成均衡考虑时延和丢包的的最优路径；路由决策转发：基于GEO+LEO双层卫星架构，借助GEO地球同步卫星通过组播的形式下发路由决策。本发明专利技术能够生成路径有效生存时间最长的最短路径；该路径在网络拓扑更新中不易受到星间链路断开的影响，从而改善了由于星间链路切换导致的丢包问题，提高了路由路径的稳定性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法及系统
本专利技术属于低轨道卫星通信系统的路由领域，特别涉及一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法及系统。
技术介绍
卫星路由技术一直是卫星通信网络中的重点研究内容，尤其在低轨卫星移动通信系统中，网络由多颗低轨道(LowEarthOrbit,LEO)卫星组成的星座构建而成，且卫星始终处于高速运动的状态，导致卫星间的链路状态不断地发生变化，包括链路通断状态、链路长度状态等信息。卫星路由技术需要在源主机与目的主机之间的众多可达路径中依据给出的路径代价指标选取最优的路径。由于卫星运动性导致路径选择与维护困难，需要设计能够保证转发路径性能与时效的路由策略，才能提升网络拓扑更新时的用户通信体验。传统的地面路由策略已无法适应卫星网络拓扑频繁变化的通信网络环境，为了有效应对低轨卫星网络拓扑更新，许多研究者基于虚拟节点路由策略、虚拟拓扑路由策略展开了路由方法的研究，以期望简化网络更新时的路由更新管理，降低路由更新开销。但目前的卫星路由方法仍旧很难保证完全100％不丢包的路由更新。卫星网络链路时延常常大于地面网络，丢包将会对网络性能造成较大的影响，丢包率的降低对于卫星网络通信来说显得十分重要。如何减少由于卫星网络路由更新导致的丢包，也就成为一个值得研究的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法及系统，以解决因高纬度相邻卫星间链路断开导致的丢包问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法，包括以下步骤：卫星网络拓扑划分：依据低轨卫星星座参数获取卫星网络星历数据，把卫星网络的一个完整运行周期转化为离散静态网络时间片拓扑；路由表计算：将卫星网络时间片拓扑简化为加权模型图，引入一条路径的瓶颈链路时间BLT，同时通过链路的时延参数w1和链路的生存时间参数w2，生成均衡考虑时延和丢包的的最优路径；路由决策转发：基于GEO+LEO双层卫星架构，借助GEO地球同步卫星通过并发的形式下发路由决策。进一步的，卫星网络模型的搭建：软件定义卫星网络中主要包含控制器、交换机、终端主机三类节点，组成了自上而下的三层架构；三类节点的具体为：1)控制器：GEO卫星作为控制器，3颗GEO卫星组成分布式控制器，收集各个LEO交换机节点的卫星数据和链路数据，同时依据预先配置的控制管理策略生成流表项下发给相应的LEO卫星；2)交换机：LEO卫星作为交换节点，与地面终端相连接，66颗LEO组成的Iridium星座作为数据平面，根据控制器下发的流表项进行数据的处理与转发；3)终端主机：包括地面站或用户终端，与可见范围内的卫星建立连接，然后向卫星发起业务请求。进一步的，离散静态网络时间片拓扑的转化具体为：基于GEO+LEO的软件定义卫星网络架构，借助卫星分析工具STK进行可见性分析，输出不同时刻下的GEO控制器的可见LEO节点分组数据；其次，借助STK生成各LEO卫星的数据报告，包括高度、经纬度、运行速度、运行方向卫星信息；最后，联合Matlab调用STK的卫星数据报告，增加可见性判断、极地分界纬度值判断、链路长度判断条件限制，生成不同时刻下的网络链路拓扑图。进一步的，进行可见性分析时：1).首先判断两两卫星间可见性，通过STK的Access报告实现；2).设置极地分界纬度线|latitude|＝70°即弧度制|W|＝1.22，纬度大于70°或小于-70°的LEO将进行异轨道间相邻卫星链路的主动断开处理；3).设链路长度阈值L为105km，Inter-link星间链路长度小于L的值允许卫星间建立星间链路。进一步的，调用链路加权路由方法生成最优路径：引入瓶颈链路时间BLT，设置链路时延参数w1和生存时间参数w2，通过设置w1和w2的权重参数b大于a，最终实现对于保障链路生存时长的可靠性路由路径。进一步的，链路加权路由方法实现步骤：第1步：初始化参数；使b>a如公式8所示，a和b分别为参数w1和w2的权重参数。若侧重链路可靠性，则链路生存时长权重大于链路时延参数即b>a；同理若侧重链路延时a>b。通过改变权重参数a和b的值来调整参数w1和w2在链路权重中的占比可满足时延或可靠性的区分服务。本专利技术侧重可靠性故取a＝0.2，b＝0.8第2步：基于Dijkstra方法生成前k1条最小跳数路由路径集合；第3步：按照链路权重公式对最小跳数路由路径进行排序，并取前k2条；第4步：在前k2条路径集合中选取首条BLT>T的路径，若不存在BLT>T，则选择BLT最大的路径。进一步的，数据决策转发：通过GEO控制器与LEO交换机之间的链路，GEO控制器并行地向多颗LEO卫星下发路由流表转发规则。进一步的，数据决策转发具体为：步骤1：通过STK工具根据公开的数据，组建了一个铱星系统，另外增加了三颗地球同步卫星；步骤2：借助Matlab并对各个卫星的运动数据进行读取和分析，生成整个卫星通信系统实时的拓扑连接情况；步骤3：通过Mininet网络仿真工具，根据STK生成和记录的数据，搭建卫星网络环境，并根据卫星的运动实时变化；步骤4：使用ONOS集群作为Mininet的控制器，对交换机LEO卫星的行为进行控制。进一步的，一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由系统，包括卫星网络拓扑划分模块用于依据低轨卫星星座参数获取卫星网络星历数据，把卫星网络的一个完整运行周期转化为离散静态网络时间片拓扑；路由表计算模块用于将卫星网络时间片拓扑简化为加权模型图，引入一条路径的瓶颈链路时间BLT，同时通过链路的时延参数w1和链路的生存时间参数w2，生成均衡考虑时延和丢包的最优路径；路由决策转发模块用于基于GEO+LEO双层卫星架构，借助GEO地球同步卫星通过并发的形式下发路由决策。与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：本专利技术进行侧重链路生存时间长的路径排序，最终选择路径有效生存时间最长的最短路径：在保证路径延迟与其他路由算法相当的情况下，该算法选择的路径在网络拓扑更新中不易受到星间链路断开的影响，从而改善了由于星间链路切换，进行路由重新计算过程中易发生的丢包问题，通过减少路由计算次数提高了路由路径的稳定性与可靠性；同时在网络更新过程中采取软件定义卫星网络的方式，分别让GEO充当控制器，LEO充当交换机，此时数据流在LEO与LEO间的链路流通，LEO卫星与GEO卫星间具有单独的通信链路，故路由的更新可借助GEO卫星与LEO卫星间的链路并行地完成，从而降低了卫星路由的收敛时长。附图说明图1为GEO/LEO网络架构示意图图2为时间片拓扑生成流程图图3为路由策略里的方法执行示意图具体实施方式结合图1至图3，对本专利技术进一步说明：步骤1：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法，其特征在于，包括以下步骤：/n卫星网络拓扑划分：依据低轨卫星星座参数获取卫星网络星历数据，把卫星网络的一个完整运行周期转化为离散静态网络时间片拓扑；/n路由表计算：将卫星网络时间片拓扑简化为加权模型图，引入一条路径的瓶颈链路时间BLT，同时通过链路的时延参数w1和链路的生存时间参数w2，生成均衡考虑时延和丢包的的最优路径；/n路由决策转发：基于GEO+LEO双层卫星架构，借助GEO地球同步卫星通过并发的形式下发路由决策。/n

【技术特征摘要】
1.一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法，其特征在于，包括以下步骤：
卫星网络拓扑划分：依据低轨卫星星座参数获取卫星网络星历数据，把卫星网络的一个完整运行周期转化为离散静态网络时间片拓扑；
路由表计算：将卫星网络时间片拓扑简化为加权模型图，引入一条路径的瓶颈链路时间BLT，同时通过链路的时延参数w1和链路的生存时间参数w2，生成均衡考虑时延和丢包的的最优路径；
路由决策转发：基于GEO+LEO双层卫星架构，借助GEO地球同步卫星通过并发的形式下发路由决策。


2.根据权利要求1所述的一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法，其特征在于，卫星网络模型的搭建：软件定义卫星网络中主要包含控制器、交换机、终端主机三类节点，组成了自上而下的三层架构；
三类节点的具体为：
1)控制器：GEO卫星作为控制器，3颗GEO卫星组成分布式控制器，收集各个LEO交换机节点的卫星数据和链路数据，同时依据预先配置的控制管理策略生成流表项下发给相应的LEO卫星；
2)交换机：LEO卫星作为交换节点，与地面终端相连接，66颗LEO组成的Iridium星座作为数据平面，根据控制器下发的流表项进行数据的处理与转发；
3)终端主机：包括地面站或用户终端，与可见范围内的卫星建立连接，然后向卫星发起业务请求。


3.根据权利要求1所述的一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法，其特征在于，离散静态网络时间片拓扑的转化具体为：
基于GEO+LEO的软件定义卫星网络架构，借助卫星分析工具STK进行可见性分析，输出不同时刻下的GEO控制器的可见LEO节点分组数据；
其次，借助STK生成各LEO卫星的数据报告，包括高度、经纬度、运行速度、运行方向卫星信息；
最后，联合Matlab调用STK的卫星数据报告，增加可见性判断、极地分界纬度值判断、链路长度判断条件限制，生成不同时刻下的网络链路拓扑图。


4.根据权利要求3所述的一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法，其特征在于，进行可见性分析时：
1).首先判断两两卫星间可见性，通过STK的Access报告实现；
2).设置极地分界纬度线|latitude|＝70°即弧度制|W|＝1.22，纬度大于70°或小于-70°的LEO将进行异轨道间相邻卫星链路的主动断开处理；
3).设链路长度阈值L为105km，Inter-link星间链路长度小于L的值允许卫星间建立星间链路。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏园梦，闫长江，陈立水，唐亚哲，焦利彬，王斌，
申请(专利权)人：西安交通大学，中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61