本发明专利技术公开了一种基于精确链路状态反馈的负载均衡路由方法，主要解决现有方法节点对拥塞情况把握不准确、通知效率低、忽视流量中不同的业务需求造成时延敏感型流量的端到端时延可能出现过长的问题，其实现方案是：1)划分时间片并得到一组静态拓扑图；2)对各时间片进行路由规划；3)在对路由规划的过程中实时监测链路的异常情况：若出现链路拥塞，则根据业务需求进行不同的拥塞处理，使链路不再拥塞。本发明专利技术通过对拥塞链路的处理，减少了不必要的信令开销；避免了一部分不通过拥塞链路的包的绕路；降低了时延敏感型流量的时延，可用于低轨卫星网络中负载均衡。轨卫星网络中负载均衡。轨卫星网络中负载均衡。
【技术实现步骤摘要】
基于精确链路状态反馈的负载均衡路由方法
[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及一种负载均衡路由方法，可用于实现低轨卫星网络中的负载均衡路由选择。
技术介绍
[0002]在卫星网络中，为有效且合理使用昂贵的卫星网络资源，路由问题始终是国内外的专家和学者研究的重点。随着卫星网络技术的发展，其网络场景逐渐多元化，卫星网络中的流量需求迅速增加。受到地理因素和生产活动的影响，卫星网络用户和流量密度分布并不均匀，导致出现特定区域或某些数据链路上堆积繁重的流量而其他区域网络资源闲置的情况，造成拥塞而使网络性能急剧恶化。负载均衡是网络中平衡工作负载和延长网络生命周期的一种有效方法，旨在适当分配网络资源，使其更好地提供网络服务。通常，有效的负载均衡技术可以提高系统性能，防止出现拥塞或过载，所以负载均衡也变成卫星网络路由选择中不可忽视的问题。
[0003]卫星网络的负载均衡路由可分为基于全局信息的负载均衡路由和基于局部信息的负载均衡路由。全局负载均衡收集网络的全局负载状态信息，根据当前的网络状态，做出全网范围内的流量均衡决策，其优点是负载均衡的全局效果好，但也存在开销大且对网络拥塞反应不灵敏的问题。局部负载均衡允许每颗卫星根据自己的本地负载状态信息，独立地做出负载均衡决策，实现局部范围内的负载均衡，其优点是对网络拥塞反应迅速且开销小，但也存在容易造成局部最优和级联拥塞的问题。
[0004]在已有的负载均衡路由算法中，采用全局负载均衡的路由方案包括卫星链路状态路由算法SLSR、选择性链路路由算法ALR、紧凑型显式多路径路由算法CEMR、选择性迭代Dijkstra算法SIDA；采用局部负载均衡的路由方案包括显式负载均衡算法ELB、基于信号灯的智能路由算法TLR、混合型全局
‑
局部负载均衡路由算法HGL。其中：
[0005]所述SLSR算法通过离线计算快照的传播时延，只对不确定的网络信息，如排队时延和链路状态的进行分发，避免了流量集中到最短路径，但拥塞调节反应慢。
[0006]所述ALR和CEMR算法都采用多路径路由策略，将流量分散在多条可选路径上进行分发，使流量分布更均匀，但流量分配是随机的，可能造成分流路径的拥塞。
[0007]所述SIDA算法通过改变Dijkstra算法的遍历顺序，降低节点的重复使用频率，并使用选择性转轨负载均衡策略SSLB抑制分流后新拥塞链路的数量，但可能会增大时延。
[0008]所述ELB算法通过在相邻节点间交换拥塞信息，避免将包发到重载节点，可以快速缓解局部拥塞，但由于对拥塞链路的判断不准确，可能导致一些包不必要的绕路从而增大时延。ELB算法虽然能对不同服务类型业务进行区分处理，但对于时延敏感型流量的处理过于简单，仅仅依靠最短路径，会出现由于排队时延过大而使包时延过大的情况。
[0009]所述TLR算法通过引入红绿灯机制动态调整路线，可使每个包获得近似最优的传输路径，且能避免拥塞，但由于引入多个队列且判断方法复杂，对节点的计算力和存储空间都有较高要求。
[0010]所述HGL算法通过全局规划和局部实时调整路由流量来控制拥塞，采用全局和局部混合管理的方式使网络性能表现较好，但其全局处理策略需要用到对网络流量变化情况的估计，而HGL算法进行流量预测时只考虑了未来一小段时间的流量变化，以此作为长时间流量管理的流量预测依据并不准确。
技术实现思路
[0011]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于精确链路状态反馈的路由方法，以根据链路拥塞情况调整包的发送路径，减少流量发往即将拥塞的链路，降低由此产生的排队时延和丢包数目，并通过对不同类型业务的处理，保证对突发情况和更多业务场景的适应性。
[0012]本专利技术技术思路是：通过实时精确地监控链路拥塞状态，并将拥塞情况反馈给邻居节点，使邻居节点对要经过拥塞链路的包进行绕路，避免进一步加重拥塞，从而更有效地实现网络负载均衡。对于不同的业务类型，通过进行区分服务，以尽可能满足不同业务的服务需求。
[0013]根据上述思路，本专利技术的技术方案包括如下：
[0014](1)在时间上将卫星网络划分为等间隔的时间片，以将卫星移动的高速动态性屏蔽变为对一系列静态拓扑；
[0015](2)对(1)中划分的时间片进行路由规划：
[0016](2a)以传播时延和排队时延作为实时链路成本度量，采用Dijkstra算法对每个时间片的拓扑计算其最短路径；
[0017](2b)根据最短路径对路由表进行更新，即将最短路径对应的下一跳写到路由表的下一跳字段中，得到新的路由表；
[0018](2c)实时监测链路状态：若出现链路拥塞，则执行(3)，否则，则继续监测链路状态；
[0019](3)对于出现链路拥塞的情况进行分流处理：
[0020](3a)在每个卫星节点的四个输出链路处设立队列，并计算其队列实时占用率μ(t)，根据队列占用情况将卫星输出链路的拥塞状态划分为空闲、较忙、繁忙三种状态；
[0021](3b)当某一输出链路从空闲变为较忙状态时，卫星搜索自身路由表，找到所有下一跳要通过此输出链路的路由表项，并将这些表项对应的目的节点集合通过警告包发往本节点除输出链路对应的邻居节点外的其他所有邻居节点；邻居节点收到警告包后，为去往目的节点集合中节点的包寻找不包括拥塞链路的替代路由，并将其更新到路由表中；
[0022](3c)当某一输出链路从较忙状态变为繁忙状态时，卫星向已发送警告包的邻居节点发送拥塞通知包，使对应邻居节点按设置的分流比率χ将流量发往拥塞链路，并将剩余的1
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χ比率流量通过寻找到的替代路由传输；
[0023](3d)当某一输出链路从繁忙状态变为空闲状态时，将(3b)的分流继续持续一段时间τ后，路由表恢复到上一次(2b)得到的路由表的状态；
[0024](3e)若网络中存在不同种类的业务需求，则将网络中的流量分为时延敏感型流量和非时延敏感型流量两种，并先对非时延敏感型流量进行绕路，若链路仍为繁忙状态，再对时延敏感型流量进行分流，分流结束后路由表恢复到上一次(2b)得到的路由表的状态。
[0025]本专利技术与现有技术相比具有如下优点：
[0026]第一，由于本专利技术在划分拥塞状态时是对节点的每个输出链路的队列分别计算其队列占用率，而不是对节点的整个队列进行计算，可以使邻居节点对各链路拥塞情况有更精确的了解，且只对会通过拥塞链路的包进行绕路，而不是对通过拥塞链路对应节点的包进行绕路，避免了一部分只通过拥塞链路的端节点但不通过拥塞链路的包的绕路，使这部分包仍能通过最优路径而不进行不必要的绕路，最终达到网络的局部负载均衡。
[0027]第二，由于本专利技术对流量进行分类，有针对性地对不同业务需求的流量进行处理，降低了由于排队时延过长导致的时延敏感型流量的端到端时延。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的实现流程图；
[0029]图2为本专利技术中对拥塞处理的子流程图；...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于精确链路状态反馈的负载均衡路由方法，其特征在于，包括：(1)在时间上将卫星网络划分为等间隔的时间片，以将卫星移动的高速动态性屏蔽变为对一系列静态拓扑；(2)对(1)中划分的时间片进行路由规划：(2a)以传播时延和排队时延作为实时链路成本度量，采用Dijkstra算法对每个时间片的拓扑计算其最短路径；(2b)根据最短路径对路由表进行更新，即将最短路径对应的下一跳写到路由表的下一跳字段中，得到新的路由表；(2c)实时监测链路状态：若出现链路拥塞，则执行(3)；否则，继续监测；(3)对于出现链路拥塞的情况进行分流处理：(3a)在每个卫星节点的四个输出链路处设立队列，并计算其队列实时占用率μ(t)，根据队列占用情况将卫星输出链路的拥塞状态划分为空闲、较忙、繁忙三种状态；(3b)当某一输出链路从空闲变为较忙状态时，卫星搜索自身路由表，找到所有下一跳要通过此输出链路的路由表项，并将这些表项对应的目的节点集合通过警告包发往本节点除输出链路对应的邻居节点外的其他所有邻居节点；邻居节点收到警告包后，为去往目的节点集合中节点的包寻找不包括拥塞链路的替代路由，并将其更新到路由表中；(3c)当某一输出链路从较忙状态变为繁忙状态时，卫星向已发送警告包的邻居节点发送拥塞通知包，使对应邻居节点按设置的分流比率χ将流量发往拥塞链路，并将剩余的1
‑
χ比率流量通过寻找到的替代路由传输；(3d)当某一输出链路从繁忙状态变为空闲状态时，将(3b)的分流继续持续一段时间τ后，路由表恢复到上一次(2b)得到的路由表的状态；(3e)若网络中存在不同种类的业务需求，则将网络中的流量分为时延敏感型流量和非时延敏感型流量两种，并先对非时延敏感型流量进行绕路，若链路仍为繁忙状态，再对时延敏感型流量进行分流，分流结束后路由表恢复到上一次(2b)得到的路由表的状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中对卫星网络划分为时间片的间隔，为卫星网络结构拓扑变化的最小时间间隔。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(2a)中采用Dijkstra算法对每个时间片的拓扑计算其最短路径，实现如下：(2a1)定义实时链路成本度量如下：L
cost
(t)＝T
prop
+T
queue
(t)其中，L
cost
(t)为t时刻的实时链路成本度量，T
prop
为链路的传播时延，T
queue
(t)为t时刻链路的排队时延。(2a2)以实时链路成本度量作为路径权重；(2a3)选取网络中的某个节点s，并为节点s设立两个集...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉璠，张冰，张奭，齐晓鑫，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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