一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法，该方法相对于现有可用于动态节点组网的算法而言，更加适应飞机网络的高动态性，有较高通信质量；同时，飞机节点的加入和路径的维护信息只需在局部区域完成，不需要周期性的广播泛洪通讯，因此可以有效减少用于维护网络状态的广播包数量，降低网络负荷。降低网络负荷。降低网络负荷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法


[0001]本专利技术涉及无线通信网络领域，尤其涉及一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法。

技术介绍

[0002]下一代(6G)网络架构中，空天地一体化网络通信格局逐渐成为研究热点，在此架构下卫星、飞机、地面以星际骨干网、飞机骨干网、地面骨干网三层立体化网络为框架，星
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空，星
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地，空
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地互联网络连通为纽带，将实现数据的全融合共享，组网真正做到无缝切换、全联通、全覆盖。其中飞机骨干网作为空天地一体化网络的中间部分上接卫星，下连地面，为空天地一体化网络的桥梁，在全覆盖任务实现中占有重中之重的地位。
[0003]然而飞机组网的实现存在下面诸多困难。首先飞机链路生存周期短，拓扑更新频繁；其次基站部署成本高，信号接收距离有限，覆盖范围小，不适合长距离广域的数据传输；最后，飞机飞行规律易变更(延误、提前到达)，飞行轨迹难以干涉控制。目前针对动态组网的相关方法主要分为三类：
[0004]1、主动路由算法(如FSR)：旨在为每一对源
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目的地在动态场景下维护一条可达路径。但是当节点规模扩大时，为同步彼此状态达成一致性，并维护可达路径而产生的周期泛洪通信代价较大，无法接受。
[0005]2、被动路由算法(如AODV)：旨在当需要通信时，通过广播创建并维护一条源
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目的地的有效路径。但是在高速移动的网络中可能面临拓扑失效快，需要频繁的路径发现问题，因此往往会为数据传输带来较大的时延。
[0006]3、地理路由算法(如GPSR)：旨在采用基于地理位置的贪婪转发策略，节点转发数据包只需要依据目的节点位置选择邻居中距其最近的节点贪婪转发。但是这种方法路径转发失败风险大，在转发失败后路径重新恢复需要很久时间，在数据有较高的时效性时是不可接受的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法，能够适应飞机网络的高动态性，保证通信质量。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法，包括：
[0010]组网的初始阶段，由两个不属于任何簇的飞机节点相互连接，形成一个新的簇，并为两个飞机节点分配所属网络内唯一的虚拟ID与链路属性；未加入簇的飞机节点如果能够连接到簇内的飞机节点，则作为新的飞机节点加入簇，并根据与簇内飞机节点连接的数量、簇内飞机节点的链路属性与虚拟ID，为所述新的飞机节点分配虚拟ID与链路属性；其中，一个区域内的飞机节点能够形成多个簇；每个飞机节点记录自身的链路属性，链路属性指示了飞机节点为主路节点或者支路节点，一个簇内连通首飞机节点至尾飞机节点的单向有序
路径上的所有飞机节点为主路节点，其余的飞机节点称为支路节点；
[0011]路由时，链路属性为支路节点的飞机节点将数据汇聚到链路属性为主路的节点，再由链路属性为主路节点的飞机节点根据簇内飞机节点的连接关系将数据包发送至目的飞机节点。
[0012]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，该方法相对于现有可用于动态节点组网的算法而言，更加适应飞机网络的高动态性，有较高通信质量；同时，飞机节点的加入和路径的维护信息只需在局部区域完成，不需要周期性的广播泛洪通讯，因此可以有效减少用于维护网络状态的广播包数量，降低网络负荷。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0014]图1为本专利技术实施例提供的一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法的流程图；
[0015]图2为本专利技术实施例提供的飞机节点加入网络的的示意图；
[0016]图3为本专利技术实施例提供的区域内飞机组网情况示意图；
[0017]图4为本专利技术实施例提供的链路属性为主路节点的中间节点发生故障的示意图；
[0018]图5为本专利技术实施例提供的恢复图4所示故障时形成两个簇的示意图；
[0019]图6为本专利技术实施例提供的飞机节点A到飞机节点B的路由过程示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0021]随着网络技术发展，空天地一体化网络通信格局成为未来网络系统的发展方向，飞机组网则是空天地一体化格局的重要一环。而现有的动态组网方案尚各有欠缺，不足以应付飞机组网的场景。基于以上问题，本专利技术提出了一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法，该方法可以适用于飞机的组网通讯场景，实现区域内飞机的通信，如图1所示，该方法主要包括两个部分：
[0022]组网部分：
[0023]组网的初始阶段，由两个不属于任何一个簇的飞机节点相互连接，形成一个新的簇，并为两个飞机节点分配虚拟ID与链路属性；未加入簇的飞机节点如果能够连接到簇内的飞机节点，则作为新的飞机节点加入簇，并根据与簇内飞机节点连接的数量、簇内飞机节点的链路属性与虚拟ID，为所述新的飞机节点分配虚拟ID与链路属性；其中，一个区域内的飞机节点能够形成多个簇，簇与簇之间无法互相通讯，如果两个簇之间存在飞机节点使彼此互相联通，则会合并为一个新的簇；每个飞机节点记录自身的链路属性，链路属性指示了飞机节点为主路节点或者支路节点，一个簇内连通首飞机节点至尾飞机节点的单向有序路
径上的所有飞机节点称为主路节点，其余的节点称为支路节点。
[0024]路由部分：
[0025]路由时，链路属性为支路的飞机节点首先会将数据汇聚到链路属性为主路的节点，之后由主路的飞机节点根据簇内飞机节点的连接关系将数据包发送至目的飞机节点。
[0026]为了便于理解，下面针对本专利技术方案中的组网与路由两个部分做详细的介绍。
[0027]一、组网部分。
[0028]本专利技术实施例中，将属于同一个网络的飞机节点集合称为簇，一个区域内的飞机节点可能形成多个簇，只有属于同一个簇的两个飞机节点间才能通过此方案进行通信。为每一个簇中飞机节点分配虚拟ID，一个簇中，虚拟ID最小值、最大值各自对应了簇内位于首飞机节点、尾飞机节点；由首飞机节点至尾飞机节点之间单向有序路径中，飞机节点的虚拟ID的值逐渐增大；示例性的，虚拟ID的取值区间可设置为[0,1]。
[0029]每个飞机节点都记录了自己的链路属性，分为主路、支路和待加入三种，分别代表自己是某个簇的主路节点、某个簇的支路节点和自由节点。一个簇内位于首飞机节点至尾飞机节点之间单向有序路径上的所有飞机节点称为主路节点，其余的称为支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法，其特征在于，包括：组网的初始阶段，由两个不属于任何簇的飞机节点相互连接，形成一个新的簇，并为两个飞机节点分配所属网络内唯一的虚拟ID与链路属性；未加入簇的飞机节点如果能够连接到簇内的飞机节点，则作为新的飞机节点加入簇，并根据与簇内飞机节点连接的数量、簇内飞机节点的链路属性与虚拟ID，为所述新的飞机节点分配虚拟ID与链路属性；其中，一个区域内的飞机节点能够形成多个簇；每个飞机节点记录自身的链路属性，链路属性指示了飞机节点为主路节点或者支路节点，一个簇内连通首飞机节点至尾飞机节点的单向有序路径上的所有飞机节点为主路节点，其余的飞机节点称为支路节点；路由时，链路属性为支路节点的飞机节点将数据汇聚到链路属性为主路的节点，再由链路属性为主路节点的飞机节点根据簇内飞机节点的连接关系将数据包发送至目的飞机节点。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法，其特征在于，一个簇中，虚拟ID最小值、最大值各自对应了簇内位于首飞机节点、尾飞机节点；由首飞机节点至尾飞机节点之间单向有序中，飞机节点的虚拟ID的值逐渐增大。3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法，其特征在于，所述飞机节点的链路属性还包括：自由节点，所述自由节点是指未加入簇的飞机节点；自由节点加入簇时包括如下情况：当自由节点能连接到簇内的一个邻居飞机节点S，且邻居飞机节点S是簇内的首飞机节点或者尾飞机节点，则自由节点作为新的飞机节点加入簇，将新的飞机节点的链路属性设置为主路节点，虚拟ID设为其邻居飞机节点S的虚拟ID，并为邻居飞机节点S分配一个新的虚拟ID，所述新的虚拟ID的值介于新的飞机节点的虚拟ID与邻居飞机节点S的邻居飞机节点S
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的虚拟ID的值之间；当自由节点能连接到簇内的两个直接相连且链路属性相同的邻居飞机节点对，则自由节点作为新的飞机节点加入簇，将两个邻居飞机节点虚拟ID的中间值作为新的飞机节点的虚拟ID的值，链路属性与邻居飞机节点相同；当两个直接相连的邻居飞机节点对的链路属性不同，则自由节点作为新的飞机节点加入簇，将两个邻居飞机节点虚拟ID的中间值作为新的飞机节点的虚拟ID的值，将新的飞机节点链路属性设为支路节点；当自由节点不存在簇内直接相连的飞机节点对，则选择能连接到簇内的一个链路属性为主路节点的邻居飞机节点O，作为新的飞机节点加入簇，链路属性为支路节点，虚拟ID的值为邻居飞机节点O为一个虚拟节点ID的中间值；所述虚拟节点ID介于邻居飞机节点O的虚拟ID与其后继节点虚拟ID之间，所述后继节点是靠近尾飞机节点的链路属性为主路节点的下一跳飞机节点。4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法，其特征在于，该方法还包括：簇与簇之间无法互相通讯，当属于不同的簇的飞机节点能相连时，发生簇之间的融合，飞机节点数量较小的簇中的节点全部释放，并依次加入飞机节点数量较大的簇中。5.根据权利要求1～4任一项所述的一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方法，其特征在于，该方法还包括：当飞机节点发生故障时，将发生故障的飞机节点从簇中移除，并根据发生故障的飞机节点的链路属性采用相应方式修复链路故障。6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟拓扑的飞机组网与路由方...

【专利技术属性】
技术研发人员：何华森，孙凯旋，李峥，陈双武，姜晓枫，杨坚，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：