一种基于NS3的用于低轨卫星控制拥塞的平台的实现方法技术

本发明专利技术提供了一种基于NS3的用于低轨卫星控制拥塞的平台的实现方法，涉及低轨卫星仿真技术领域。本发明专利技术方法根据TCP/IP通信协议的层次结构，在仿真模拟器NS3中搭建用于低轨卫星控制拥塞的平台；在安装网络设备和信道时，为每个卫星建立通信任务队列，在安装网络协议栈时，设置使用显示负载均衡的路由控制策略，定时检查卫星负载状态，并发送给相邻卫星，根据卫星状态控制卫星间的数据流量传输。本发明专利技术实现了一套完整的基于NS3的用于低轨卫星拥塞控制的路由协议开源平台搭建策略和实现方法，解决了低轨卫星运行中链路通断、负载不均衡的问题，并能在星间链路发生断链时能够及时处理故障。障。障。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NS3的用于低轨卫星控制拥塞的平台的实现方法


[0001]本专利技术涉及低轨卫星仿真
，具体涉及一种基于NS3的用于低轨卫星控制拥塞的平台的实现方法。

技术介绍

[0002]网络仿真技术作为仿真领域的一个分支，正日益成为分析、研究和设计的有力工具。网络仿真以其灵活、高效、低成本等优点成为网络研究的重要手段。网络仿真可以看作是利用相关软件构建网络拓扑、实现网络协议、评估网络性能的网络虚拟化技术，包括网络拓扑仿真、协议仿真和流量分析。网络仿真不仅适用于网络模型的构建和设计、协议性能的评估和分析，而且适用于网络协议的开发和研究，甚至适用于真实网络的故障诊断。因此，对于网络仿真平台的搭建成为需要研究的重要问题。
[0003]目前，有许多优秀的网络仿真软件，如OPNET、Network Simulator 2(NS2),Network Simulator 3(NS3)。OPNET作为军方开发的仿真平台软件，可以对局域网、广域网、综合业务数字网、卫星通信网等各种网络进行仿真，并能对现有的网络协议(如TAM、以太网等)进行仿真。然而，由于其高昂的价格、开放性差，学习障碍大，底层编程所涉及的网元建模具有较高的技术难度。NS2使用了分裂对象模型(split
‑
object
‑
model)的开发机制，可以支持C++和Otcl的工作语言。考虑到操作时的效率和便利性，NS2将数据通道和控制通道分开。为了减少数据包和事件的处理时间，用C++编写了事件调度器和数据通道上的基本网络组件对象，用Otcl脚本配置仿真场景。NS3借鉴了NS2、OPNET等已有的成功技术和经验，只使用C++语言开发扩展模块以及编写仿真脚本。近年来，NS3以其丰富的网络组件对象库和相对完善的底层编程模型取得了长足的发展，NS3对无线网络、有线局域网和卫星网络的模拟非常友好。
[0004]针对低轨卫星存在的星间流量分布不均问题，目前已经有很多的研究用于解决此问题，但当前的大多数研究均缺少对系统仿真平台搭建的研究。基于此，本专利技术提出一套基于NS3的低轨卫星仿真平台的系统搭建的技术方案。NS3模拟器随着网络技术的进步得到了很大的发展，但当前对NS3的使用大多也都是基于对已有协议的稍加修改及对比，缺少对平台的搭建流程细节体系的搭建，对于新的路由协议的整体开发流程的研究不足，对于内部各层级之间的数据流动与回调技术的结合方法不够具体，层级之内的实现方法也不够详细。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的是基于NS3的低轨卫星平台搭建和低轨星座系统中星间路由的技术问题，当前存在NS3的开源平台搭建仿真技术缺乏和开源平台搭建研究不足等问题，以及低轨卫星运行中存在链路通断、负载不均衡等问题。本专利技术为了解决上述技术问题提出了一种基于NS3的用于低轨卫星控制拥塞的平台的实现方法，为低轨卫星网络仿真提供一套平台搭建解决方案，并能更好地对低轨卫星通信进行仿真测试验证。
[0006]本专利技术提供的一种基于NS3的用于低轨卫星控制拥塞的平台的实现方法，根据TCP/IP通信协议的层次结构，在仿真模拟器NS3中搭建用于低轨卫星控制拥塞的平台，依次创建卫星节点，安装网络设备和信道，安装网络协议栈，安装IP地址，安装收发应用设备，以及安装数据流监控。
[0007]在创建卫星节点时，由NS3中的位置分配器添加卫星位置坐标，并依据NS3中的卫星移动模块随时间更新卫星位置坐标。
[0008]在安装网络设备和信道时，为每个卫星建立通信任务队列，记录网络设备输入和输出的数据包。
[0009]在安装网络协议栈时，设置使用显示负载均衡的路由控制策略；所述的显示负载均衡的路由控制策略包括如下步骤：
[0010](31)卫星持续监控自身的通信任务队列，以确定自身状态，有空闲、警告和忙碌三种状态；设置队列比率阈值α和β，α设置为β的一半；设t时刻卫星的通信任务队列的数据包占用率为q(t)，当q(t)<α时表示卫星空闲，当q(t)>β时表示卫星忙碌，当α≤q(t)≤β时，表示卫星将发生拥塞，处于警告状态；
[0011](32)对于卫星A，当检测到处于警告状态时，卫星A向相邻卫星发送警告消息，相邻卫星请求更新自身的路由表，搜索不包括卫星A的备用路径；当卫星A处于忙碌状态时，发送忙碌状态公告BSA信令给相邻卫星，请求相邻卫星将传输到卫星A的流量传输速率降低为原来的χ倍，将剩下的(1
‑
χ)倍的流量数据通过检索的备用路径传输；其中χ为流量减少比率，由卫星A设置并通过BSA信令发送给相邻卫星；
[0012]设置其中I
s
表示来自相邻卫星的流量率，表示允许来自相邻卫星的新流量率；其中P
avg
是平均数据包大小，η是检测卫星负载的时间间隔，Q
l
为卫星通信任务队列的总长度，q(t
BSA
)表示当BSA信令到达相邻卫星时卫星A的通信任务队列的占用率。
[0013]卫星通信的路由表在初始时，使用全局路由的最短路径算法建立。卫星定期检测卫星间链路的通断，当卫星链路状态发生变化时将更新路由表。卫星定期检测卫星负载，识别卫星状态，当卫星状态从空闲变为警告时，发送警告消息给相邻卫星，当卫星接收到相邻卫星发送来的警告消息时也将更新路由表。
[0014]相对于现有技术，本专利技术方法的优点与积极效果在于：
[0015](1)本专利技术实现了一套完整的基于NS3的用于低轨卫星拥塞控制的路由协议开源平台搭建策略和实现方法，为推动卫星路由算法仿真测试的发展提供一些技术思路和实现手段；
[0016](2)本专利技术方法利用NS3仿真平台实现低轨卫星通信的路由拥塞控制，为更好地对低轨卫星通信进行仿真测试验证，本专利技术方法实现的控制拥塞的平台解决了低轨卫星运行中链路通断、负载不均衡的问题，并能在星间链路发生断链时能够及时处理故障。
附图说明
[0017]图1是本专利技术基于NS3的用于低轨卫星控制拥塞的平台的搭建流程示意图；
[0018]图2是本专利技术实施例中的低轨卫星星座网络拓扑设计图；
[0019]图3是本专利技术实施例中标识低轨卫星位置的地球坐标示意图；
[0020]图4是不同传输速率下本专利技术ELB路由协议和Global路由协议的吞吐量仿真结果图；
[0021]图5是不同传输速率下本专利技术ELB路由协议和Global路由协议的丢包率仿真结果图。
具体实施方式
[0022]下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0023]本专利技术实现了一套完整的基于NS3的用于低轨卫星拥塞控制的路由协议开源平台搭建方案，将NS3的顶层框架实现流程与底层网元单元的模块化相结合，为推动卫星路由算法仿真测试的发展提供一些想法和思路。
[0024]如图1所示，本专利技术搭建的用于低轨卫星控制拥塞的平台，卫星节点间无线信道采用TCP/IP通信协议，根据TCP/IP协议的层次结构，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NS3的用于低轨卫星控制拥塞的平台的实现方法，根据TCP/IP通信协议的层次结构，在仿真模拟器NS3中搭建用于低轨卫星控制拥塞的平台，包括依次创建卫星节点，安装网络设备和信道，安装网络协议栈，安装IP地址，安装收发应用设备以及安装数据流监控；其中还包括：(1)在创建卫星节点时，由NS3中的位置分配器添加卫星位置坐标，并依据NS3中的卫星移动模块随时间更新卫星位置坐标；(2)在安装网络设备和信道时，为每个卫星建立通信任务队列，记录网络设备输入和输出的数据包；(3)在安装网络协议栈时，设置使用显示负载均衡的路由控制策略；所述的显示负载均衡的路由控制策略包括如下步骤：(31)卫星持续监控自身的通信任务队列，以确定自身状态，有空闲、警告和忙碌三种状态；设置队列比率阈值α和β，α设置为β的一半；设t时刻卫星的通信任务队列的数据包占用率为q(t)，当q(t)<α时表示卫星空闲，当q(t)>β时表示卫星忙碌，当α≤q(t)≤β时，表示卫星将发生拥塞，处于警告状态；(32)对于卫星A，当检测到处于警告状态时，卫星A向相邻卫星发送警告消息，相邻卫星请求更新自身的路由表，搜索不包含卫星A的备用路径；当卫星A处于忙碌状态时，发送忙碌状态公告BSA信令给相邻卫星，请求相邻卫星将传输到卫星A的流量传输速率降低为原来的χ倍，将剩下的(1
‑
χ)倍的流量数据通过备用路径传输；其中χ为流量减少比率，由卫星A设置并通过BSA信令发送给相邻卫星；设置其中I
s
表示来自相邻卫星的流量率，表示允许来自相邻卫星的新流量率；其中P
avg
是平均数据包大小，η是检测卫星负载的时间间隔，Q
l
为卫星A通信任务队列的总长度，q(t
BSA
)表示当BS...

【专利技术属性】
技术研发人员：王程，陈金玲，赵晓燕，童建飞，王卫东，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：