面向低轨卫星网络的OSPF路由自治域划分方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向低轨卫星网络的OSPF路由自治域划分方法及系统，其中方法包括获取网络拓扑结构，并采用OSPF收敛模型对网络的平衡分区的大小进行预测；采用平衡分区的大小作为分区约束，并根据节点中心度和链路带宽，选取网络中的骨干节点，得到骨干区域；采用基于图数据的社区检测算法将骨干区域外的网络划分为若干非骨干区域，非骨干区域的大小等于平衡分区的大小；对非骨干区域进行优化，直至骨干区域与非骨干区域不存在断连区域时，输出非骨干区域；选取骨干区域中满足预设条件的节点作为边界节点，并更新边界节点的node_type字段置为ABR得到最终的OSPF路由自治域划分方案。分方案。分方案。

【技术实现步骤摘要】
面向低轨卫星网络的OSPF路由自治域划分方法及系统


[0001]本专利技术涉及网络区域划分技术，具体涉及一种面向低轨卫星网络的OSPF路由自治域划分方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，以Starlink、OneWeb等为代表的庞大星座计划推动了新一轮的低轨巨型星座网络发展浪潮。新兴的低轨巨型星座计划一般包含数百至数万颗低轨卫星，具有大规模、广覆盖、低时延、宽带化、天地一体等特征。然而星座规模的急剧扩张不仅提升了系统容量，也为系统总体设计以及网络运行管理带来诸多难题。卫星规模庞大，且节点高速运动，使网络拓扑高度复杂且具有强动态性，这给路由协议的设计带来了巨大的挑战。
[0003]现有的地面动态路由协议，如传统单区域OSPF协议，若直接应用于低轨卫星网络，在应对低轨卫星网络的不规则拓扑变化时将进行全网洪泛，导致大量冗余洪泛信息在星间链路上传递，并且每个节点都需要处理同一洪泛信息的多个副本，从而减小链路带宽并延迟路由收敛。可见配置简易的单区域OSPF协议已无法满足大规模低轨卫星网络的需求，多区域OSPF协议的应用需求将迅速增长。
[0004]对于多区域OSPF协议而言，其收敛性能提升的关键在于路由自治域的合理划分。作为一种分布式路由协议，OSPF需要参与的节点及时地执行某些操作，所以必须确保节点不会过载导致无法执行正常操作。一方面，由于节点的处理开销会随着其所在路由自治域的增大而急速增长，单个路由自治域内过大将导致节点路由功能崩溃；另一方面，OSPF骨干区域节点将承载其余非骨干区域间的流量交互，骨干区域节点的负载与路由自治域间流量紧密相连，路由自治域数量过多会使骨干区域节点负载过高。这导致大规模低轨卫星网络在部署多区域OSPF协议时，若网络被划分为少数过大的路由自治域时，单个路由自治域中的节点将无法正常路由，反之，若网络被划分为过多较小的路由自治域，骨干区域中的节点也将过载崩溃。
[0005]因此如何将大规模低轨卫星网络划分为适当大小的路由自治域，确保骨干区域和非骨干区域中的节点均可高效实施路由，体现多区域OSPF协议优良的收敛性能是实现大规模OSPF协议部署的难点。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的面向低轨卫星网络的OSPF路由自治域划分方法及系统解决现有技术路由自治域划分不当的问题。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]第一方面，提供一种面向低轨卫星网络的OSPF路由自治域划分方法，其包括：
[0009]S1、获取网络拓扑结构，并采用OSPF收敛模型对网络的平衡分区的大小进行预测；
[0010]S2、采用平衡分区的大小作为分区约束，并根据节点中心度和链路带宽，选取网络中的骨干节点，并将骨干节点area_id字段置为0，得到骨干区域；
[0011]S3、采用基于图数据的社区检测算法将骨干区域外的网络划分为若干非骨干区域，非骨干区域的大小等于平衡分区的大小；
[0012]S4、对非骨干区域进行优化，直至骨干区域与非骨干区域不存在断连区域时，输出非骨干区域；
[0013]S5、选取骨干区域中满足预设条件的节点作为边界节点，并更新边界节点的node_type字段置为ABR得到最终的OSPF路由自治域划分方案。
[0014]进一步地，对网络的平衡分区的大小进行预测的方法包括：
[0015]将OSPF收敛过程划分为故障检测阶段、事件传播阶段、SPF计算阶段以及路由表安装阶段；
[0016]获取事件传播阶段、SPF计算阶段以及路由表安装阶段的用时模型：
[0017][0018][0019][0020]其中，T
PROP
、T
SPF
和T
RTI
分别为事件传播阶段、SPF计算阶段以及路由表安装阶段的用时；n为单个区域节点数量；B为链路带宽；cf为拥塞因子；τ为拓扑中两个节点间的最短路径跳数；c为光速；N为网络中节点总数量；
[0021]采用梯度下降法求解OSPF收敛模型收敛时，收敛时间最优时对应的分区大小n，收敛时间T
CONV
的计算公式为：
[0022]T
CONV
＝ax(T
DETE
+
PROP
+
SPF
+
RTI
)
[0023]其中，T
DETE
为故障检测阶段用时，取值为零。
[0024]上述技术方案的有益效果为：本方案通过OSPF协议在网络拓扑发生变化时的收敛模型，结合设计的每个阶段的用时模型，可以直接获取OSPF收敛时间最短时的分区大小与数量，即平衡分区结果。
[0025]进一步地，所述步骤S2进一步包括：
[0026]S21、采用平衡分区的大小作为约束，根据网络中的节点和链路信息，计算所有网络节点的网络中心度；
[0027]S22、选取网络中心度大于中心度阈值的节点作为骨干区域候选节点，并存入节点集合；
[0028]S23、根据网络拓扑信息中包含的链路带宽信息，在节点集合中选取带宽大于预设带宽的链路的源节点与目的节点作为最终的骨干节点；
[0029]S24、将网络拓扑描述文件中骨干节点的area_id字段置为0，修改后的拓扑文件则为骨干区域。
[0030]上述技术方案的有益效果为：本方案通过网络中心度和链路带宽进行骨干节点的选取，可以保证选取的骨干区域节点具有较高的网络中心度链路带宽，以保证数据交互时
的稳定性。
[0031]进一步地，所述步骤S4进一步包括：
[0032]S41、判断非骨干区域与骨干区域间是否具有不存在连接关系的断连区域，若是，选取网络中心度最大的断连区域进入步骤S42，否则，输出非骨干区域；
[0033]S42、统计选取的断连区域与其邻接区域的连接度，选取连接度大于预设连接度的邻接区域作为候选待聚合区域；
[0034]S43、统计断连区域与候选待聚合区域的网络中心度，选取与断连区域网络中心度最接近的候选待聚合区域作为待聚合区域；
[0035]S44、聚合待聚合区域与断连区域为一个区域，将断连区域内节点的area_id字段置为待聚合区域节点的area_id，得到新的非骨干区域，并返回步骤S41。
[0036]上述技术方案的有益效果为：由于社区检测算法划分区域只能保证单个路由自治域内部连通性良好，本方案采用上述分区优化方法后能够将区域间连通性较差的初始分区结果完善为骨干区域与非骨干区域均相连的分区优化结果，以保证OSPF协议骨干区域与非骨干区域均相连的设计原则。
[0037]进一步地，选取骨干区域中满足预设条件的节点作为边界节点的方法包括：
[0038]S51、选取骨干区域中area_id为0的骨干节点，统计其中与任一非骨干区域具有连接关系的节点作为候选边界节点；
[0039]S52、根据网络拓扑信息，计算每个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向低轨卫星网络的OSPF路由自治域划分方法，其特征在于，包括：S1、获取网络拓扑结构，并采用OSPF收敛模型对网络的平衡分区的大小进行预测；S2、采用平衡分区的大小作为分区约束，并根据节点中心度和链路带宽，选取网络中的骨干节点，并将骨干节点area_id字段置为0，得到骨干区域；S3、采用基于图数据的社区检测算法将骨干区域外的网络划分为若干非骨干区域，非骨干区域的大小等于平衡分区的大小；S4、对非骨干区域进行优化，直至骨干区域与非骨干区域不存在断连区域时，输出非骨干区域；S5、选取骨干区域中满足预设条件的节点作为边界节点，并更新边界节点的node_type字段置为ABR得到最终的OSPF路由自治域划分方案。2.根据权利要求1所述的OSPF路由自治域划分方法，其特征在于，对网络的平衡分区的大小进行预测的方法包括：将OSPF收敛过程划分为故障检测阶段、事件传播阶段、SPF计算阶段以及路由表安装阶段；获取事件传播阶段、SPF计算阶段以及路由表安装阶段的用时模型：获取事件传播阶段、SPF计算阶段以及路由表安装阶段的用时模型：获取事件传播阶段、SPF计算阶段以及路由表安装阶段的用时模型：其中，T
PROP
、T
SPF
和T
RTI
分别为事件传播阶段、SPF计算阶段以及路由表安装阶段的用时；n为单个区域节点数量；B为链路带宽；cf为拥塞因子；τ为拓扑中两个节点间的最短路径跳数；c为光速；N为网络中节点总数量；采用梯度下降法求解OSPF收敛模型收敛时，收敛时间最优时对应的分区大小n，收敛时间T
CONV
的计算公式为：T
CONV
＝ax(T
DETE
+
PROP
+
SPF
+
RTI
)其中，T
DETE
为故障检测阶段用时，取值为零。3.根据权利要求1所述的OSPF路由自治域划分方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：S21、采用平衡分区的大小作为分区约束，根据网络中的节点和链路信息，计算所有网络节点的网络中心度；S22、选取网络中心度大于中心度阈值的节点作为骨干区域候选节点，并存入节点集合；S23、根据网络拓扑信息中包含的链路带宽信息，在节点集合中选取带宽大于预设带宽的链路的源节点与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进，虞红芳，孙罡，谢云寒，马崇喜，陶博，肖畅，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：