天地一体化信息网络中自适应立体传输方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种天地一体化信息网络中自适应立体传输方法及系统，包括：步骤S1：基于天地一体化信息网络系统，分别计算四个层次网络上预设发送端与接收端之间各条路径的传输代价；步骤S2：基于各条路径的传输代价获得各层网络上代价最小路径，基于各层网络上代价最小路径获取各层网络上的路由表项，通过路由表项转发数据包；步骤S3：根据各层网络的传输能力，动态分配各层网络上的流量权重，并持续检测各层网络上的负载，保证传输过程中的动态负载均衡；所述四个层次网络包括GEO、MEO、LEO卫星网络以及地面Internet。本发明专利技术将数据传输自适应地分布在不同网络层次上，通过各层网络的协同，充分提升各层资源利用率，保证了天地一体化全网范围内的负载均衡。体化全网范围内的负载均衡。体化全网范围内的负载均衡。

【技术实现步骤摘要】
and Solut ions”.IEEE Communications Magaz ine，July 2017,pp.101
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109)提出了一个软件定义的天
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空
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地一体化车联网SSAGV(defined space
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air
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ground integrated vehicular)架构，认为软件定义技术能够简化网络管理，适应用户的需求和网络状态，该方案重点关注如何高效支持车辆通信服务。Jinzhen Bao等提出了天地互联互通方案OpenSAN(Jinzhen Bao,Baokang Zhao,Wanrong Yu,Zhenqian Feng et al.“OpenSAN:A Software
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defined Satellite Network Architecture”.In:ACM SIGCOMM 2014,pp.347
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348.)，它以地面控制中心作为管理平面，GEO卫星作为控制平面，LEO卫星作为数据平面，提供接入服务。此类架构部署简单，容易实现，但管理路径长、开销大，无法支持宽带实时的天地协同传输。
[0007]在天地一体化路由算法方面，徐明伟等(徐明伟,夏安青,杨芫等。“天地一体化网络域内路由协议OSPF+”。清华大学学报(自然科学版)，2017(1):12
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17)等设计了基于传统OSPF的空间网络路由协议OSPF+，通过卫星网络拓扑预测，在空间网络自治系统中实现低开销、高稳定性的自适应动态路由，但这类算法仅仅为了支持互联互通，没有考虑以天地资源优化为目标的自适应立体传输。
[0008]总之，现有的天地网协同传输聚焦在空间网络路由的研究上，缺乏对天地资源的统一调度和协同传输的有效支持。但无论是传统的还是基于SDN的天地网络结构，都专注于天地网络的互联互通，无法一体化管理与协同使用天地各种网络资源，不能支持自适应的天地立体传输。
[0009]专利文献CN110535521A(申请号：201810517645.0)公开了一种天地一体化网络的业务传输方法和装置，该方法包括：基站接收终端发送的第一业务请求；基站根据其地面负载，判断是否将第一业务请求对应的第一业务数据发送给终端；若是，基站将第一业务数据发送给终端；若否，基站将第一业务请求发送给卫星，以使卫星根据第一业务请求，将第一业务数据发送给终端；基站和卫星中均配置有移动边缘计算服务器，为终端提供业务服务。
[0010]本专利技术针对现有成果无法实现以天地资源优化为目标的协同传输的局限性，以软件定义的网络管理为基础，设计实现天地自适应的立体路由，实现天地网络资源优化，支持全球通信覆盖。本专利技术在基于软件定义网络架构，解决传统网络中无法高效管理网络资源的基础上，通过统一量化链路传输代价，屏蔽空基、地基网络链路差异性；通过自适应的多路径立体传输，实现多层网络资源的充分利用。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种天地一体化信息网络中自适应立体传输方法及系统。
[0012]根据本专利技术提供的一种天地一体化信息网络中自适应立体传输方法，包括：
[0013]步骤S1：计算天地一体化信息网络系统中四个层次网络上每个层次网络的预设发送端与接收端之间各条路径的传输代价；
[0014]步骤S2：基于各条路径的传输代价获得各层网络上代价最小路径，基于各层网络上代价最小路径获取各层网络上的路由表项，通过路由表项转发数据包；
[0015]步骤S3：根据各层网络的传输能力，动态分配各层网络上的流量权重，并持续检测各层网络上的负载，保证传输过程中的动态负载均衡；
[0016]所述四个层次网络包括GEO、MEO、LEO卫星网络以及地面Internet。
[0017]优选地，所述步骤S1采用：
[0018]步骤S1.1：基于卫星网络、地面网络的链路质量、可用宽带以及节点负载计算链路传输代价；
[0019][0020]其中，为链路上的传输代价；表示链路上的丢包率，反映链路上的传输质量；是链路上的传播时延，反映链路的传输时效性；是链路上已使用带宽的比重，反映着链路上的相对负载；其中，和分别是链路上已使用的带宽及其总带宽；是链路所关联节点u和v上已占用队列长度的比重，其中q
u
和q
v
分别是节点u和v上发送队列中的数据包数量；Q
u
和Q
v
分别是节点u和v的队列总长度；
[0021]步骤S1.2：根据计算得到的链路传输代价计算路径传输代价；
[0022]对于一条传输路径路径p上路径传输代价表达式为：
[0023][0024]优选地，所述步骤S2采用：
[0025]步骤S2.1：基于四个层次网络上的各条路径的传输代价分别获得各层网络上代价最小路径；
[0026]步骤S2.2：基于获得的各层网络上代价最小路径，获取域内路由表项或域间路由表项。
[0027]优选地，所述步骤S2.2采用：当数据流到达一个交换节点时，当没有匹配的路由表项时，则向控制器发起路由计算请求，并由控制器完成域内路由计算，下发域内路由表项；当控制器无法完成最终路由计算，则向超级控制器发起计算请求，并由超级控制器完成跨域路由计算，下发域间路由表项。
[0028]优选地，所述步骤S3采用：
[0029]步骤S3.1：各层网络的路径上的传输量根据每条路径上传输能力通过各层网络上的流量权重动态分配；
[0030]假定一个传输文件包含W个数据包，数据包在不同路径上的传输量的权重Weight
i
与当前路径传输代价负相关；
[0031][0032]其中，i＝1,2,3,4；为路径p
i
上的路径传输代价；分配到每条路径p
i
上的数据量为：Weight
i
×
W；
[0033]步骤S3.2：在数据流传输过程中，持续监测四层网络的各路径上的负载，进行负载敏感的控制域内、控制域间的数据流迁移，自适应均衡各路径上的传输流量。
[0034]优选地，
[0035]步骤S4：基于肖像树建立业务需求模型；
[0036]步骤S5：基于业务需求模型进行自适应调度；
[0037]所述肖像树每个节点对应控制器北向接口配置的具体业务，表征业务的类型以及对传输质量的需求；节点包括时延需求属性和带宽需求属性；肖像树以根节点为逻辑节点，且根节点属性指明了肖像树中所有子节点属性的取值范围；节点和节点之间的连接关系反映了业务需求能被网络满足的程度，越靠近根节点，业务对网络环境的需求越高；反之，业务对网络环境的需求越低；
[0038]所述业务需求模型从定性与定量二个维度，分别表征业务类型与业务需求，便于自适应网络状态和用户需求的资源调度。
[0039]优选地，所述步骤S4采用：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天地一体化信息网络中自适应立体传输方法，其特征在于，包括：步骤S1：计算天地一体化信息网络系统中四个层次网络上每个层次网络的预设发送端与接收端之间各条路径的传输代价；步骤S2：基于各条路径的传输代价获得各层网络上代价最小路径，基于各层网络上代价最小路径获取各层网络上的路由表项，通过路由表项转发数据包；步骤S3：根据各层网络的传输能力，动态分配各层网络上的流量权重，并持续检测各层网络上的负载，保证传输过程中的动态负载均衡；所述四个层次网络包括GEO、MEO、LEO卫星网络以及地面Internet。2.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络中自适应立体传输方法，其特征在于，所述步骤S1采用：步骤S1.1：基于卫星网络、地面网络的链路质量、可用宽带以及节点负载计算链路传输代价；其中，为链路上的传输代价；表示链路上的丢包率，反映链路的传输质量；是链路上的传播时延，反映链路的传输时效性；是链路上已使用带宽的比重，反映着链路上的相对负载；其中，和分别是链路上已使用的带宽及其总带宽；是链路所关联节点u和v上已占用队列长度的比重，其中q
u
和q
v
分别是节点u和v上发送队列中的数据包数量；Q
u
和Q
v
分别是节点u和v的队列总长度；步骤S1.2：根据计算得到的链路传输代价计算路径传输代价；对于一条传输路径路径p上路径传输代价表达式为：3.根据权利要求1所述的天地一体化网络中自适应立体传输方法，其特征在于，所述步骤S2采用：步骤S2.1：基于四个层次网络上的各条路径的传输代价分别获得各层网络上代价最小路径；步骤S2.2：基于获得的各层网络上代价最小路径，获取域内路由表项或域间路由表项。4.根据权利要求1所述的天地一体化网络中自适应立体传输方法，其特征在于，所述步骤S2.2采用：当数据流到达一个交换节点时，当没有匹配的路由表项时，则向控制器发起路由计算请求，并由控制器完成域内路由计算，下发域内路由表项；当控制器无法完成最终路由计算，则向超级控制器发起计算请求，并由超级控制器完成跨域路由计算，下发域间路由表项。5.根据权利要求1所述的天地一体化网络中自适应立体传输方法，其特征在于，所述步骤S3采用：步骤S3.1：各层网络的路径上的传输量根据每条路径上传输能力通过各层网络上的流量权重动态分配；
假定一个传输文件包含W个数据包，数据包在不同路径上的传输量的权重Weight
i
与当前路径传输代价负相关；其中，i＝1,2,3,4；为路径p
i
上的路径传输代价；分配到每条路径p
i
上的数据量为：Weight
i
×
W；步骤S3.2：在数据流传输过程中，持续监测四层网络的各路径上的负载，进行负载敏感的控制域内、控制域间的数据流迁移，自适应均衡各路径上的传输流量。6.根据权利要求1所述的天地一体化网络中自适应立体传输方法，其特征在于，步骤S4：基于肖像树建立业务需求模型；步骤S5：基于业务需求模型进行自适应调度；所述肖像树每个节点对应控制器北向接口配置的具体业务，表征业务的类型以及对传输质量的需求；节点包括时延需求属性和带宽需求属性；肖像树以根节点为逻辑节点，且根节点属性指明了肖像树中所有子节点属性的取值范围；节点和节点之间的连接关系反映了业务需求能被网络满足的程度，越靠近根节点，业务对网络环境的需求越高；反之，业务对网络环...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐飞龙，
申请(专利权)人：苏州全时空信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：