基于SRv6的低轨卫星网络多业务分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于SRv6的低轨卫星网络多业务分配方法，解决了现有技术需要对多个业务需求进行权衡和决策时，其在业务分配上的灵活性低的问题，以及由于约束条件之间存在相互冲突或者交叉，从而导致算法复杂度增加的问题。本发明专利技术的实现步骤是：1、构建多层次低轨卫星网络拓扑结构；2、计算低轨卫星节点的SRv6SID和Segment List转发路径；3、计算最短节点路径；4、设计业务隧道；5、分配SRv6TE Policy；6、生成低轨卫星网络路由表。本发明专利技术生成的低轨卫星网络实现了更加灵活的多业务分配方式，可充分满足低轨卫星网络路由的可靠性需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
基于SRv6的低轨卫星网络多业务分配方法


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及卫星网络通信
中的一种利用基于IPv6段路由SRv6(Segment Routing over IPv6)的低轨卫星网络多业务分配方法。本专利技术根据低轨卫星网络不同业务需求规划出具有不同属性的业务隧道，来保证带宽、时延、存续时间、抖动等网络质量和服务优先级的不同需求，为其提供差异化的低轨卫星网络服务。

技术介绍

[0002]随着低轨卫星通信技术的发展，低轨卫星网络作为广域通信的重要手段之一，被广泛应用于各种应用场景。然而，现有的低轨卫星网络在服务质量方面存在一些不足，无法满足不同业务的特殊需求。例如，图像数据信息业务对带宽要求较高，协同控制指令信息业务更加注重存续时间和时延抖动，战术决策信息业务则对时延更为敏感。因此，需要一种能够根据业务需求提供差异化服务的低轨卫星网络服务保障方法。
[0003]大连大学在其申请的专利文献“基于多目标决策的LEO卫星网络多业务路由优化方法”(专利申请号201610404021.9，申请公布号CN 105897329 A)中公开了一种基于多目标决策的LEO(Low Earth Orbit)卫星网络多业务路由优化方法。该方法在卫星接受到数据传输要求和获取拓扑结构时间片后，能够利用业务需求时延、带宽和误包率筛选出可行的链路集合，进而求出最理想的数据包传输路径。虽然该方法能够针对当前业务和实时的链路状态为业务选择合适的路径，保证卫星网络资源整体利用率，但是，该方法仍然存在的不足之处是，其在筛选可行链路集合时，由于多目标决策方法，需要对多个业务需求进行权衡和决策，限制了其在流量控制上的灵活性。
[0004]西安交通大学在其申请的专利文献“软件定义网络中基于业务分类的多约束QoS路由的方法”(专利申请号201810432438.5，申请公布号CN 108833279 A)公开了一种软件定义网络中基于业务分类的多约束服QoS(Quality of Service)路由的方法。该方法将网络中业务流根据各自的QoS需求进行分类，然后对各类业务确定其在时延、抖动和丢包率上的权重值，通过各类业务在QoS参数的权重值确定链路的综合权重值，从而将多约束的NP复杂问题转化为低时间复杂度的单混合度量参数。虽然该方法能够在保证满足业务多约束QoS需求的同时极大的降低时间的复杂度，提高算法的运行效率，并且一定程度上降低了网络发生拥塞的可能性，但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于链路带宽、网络拥塞、时延等这些约束条件之间往往存在相互冲突或者交叉，从而导致算法复杂度增加，计算维护困难，配置与生效时间较长的问题，并且无法实现轻量级部署。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的不足，提供利用基于IPv6段路由SRv6的低轨卫星网络多业务分配方法，用于解决由于需要对多个业务需求进行权衡和决策，导致其在流量控制上的灵活性低的问题，以及由于约束条件之间存在相互冲突或者交叉，从而导致算法复杂度增加的问题。
[0006]实现本专利技术目的的技术思路是，首先由地面站生成低轨卫星节点的SRv6 SID和Segment List转发路径，根据业务需求和网络拓扑规划出不同的隧道，根据业务隧道内容，为每种业务类型分配相应的SRv6 TE Policy，最后，根据业务类型和TE Policy的配置，传输业务数据包。在设置业务隧道与配置SRv6 TE Policy步骤中，本专利技术根据不同的业务需求，通过设计不同的流量工程策略TE Policy(Traffic Engineering Policy)，使得不同业务类型的报文能够进入具有不同属性的隧道，依据具体业务需求设定各项约束条件，如链路带宽、时延、丢包率等条件，解决了约束条件冲突，导致算法复杂度增加的问题。本专利技术中SRv6 TE Policy提供了灵活的转发路径选择方法，使得不同业务对应不同的规划隧道和TE Policy的配置，解决了在流量控制上的灵活性低的问题。
[0007]本专利技术实现上述目的的步骤包括如下：
[0008]步骤1，构建多层次低轨卫星网络拓扑结构；
[0009]构建包含低轨卫星、地面站和用户终端三类节点的多层次低轨卫星网络拓扑结构，并将节点连接关系用邻接矩阵表示；
[0010]步骤2，计算低轨卫星节点的SRv6 SID和Segment List转发路径；
[0011]根据步骤1生成的邻接矩阵，计算低轨卫星节点的SRv6 SID和Segment List转发路径；
[0012]步骤3，计算最短节点路径；
[0013]使用迪杰斯特拉Dijkstra算法计算每个低轨卫星节点到其他节点的最短路径，将每个低轨卫星节点的最短路径信息存储到字典或表格中，记录每个节点的最短路径长度以及经过的节点序列；
[0014]步骤4，设计业务隧道；
[0015]在地面站上入口节点设计图像数据信息业务、协同控制指令信息业务以及战术决策信息业务等三种业务类型对应的业务隧道；
[0016]步骤5，分配对应特征的SRv6 TE Policy；
[0017]5a)根据TTL和Segment List属性设计SRv6 TE Policy的数据结构；
[0018]5b)根据每种业务类型的需求和网络拓扑结构，设计相应的SRv6 TE Policy；
[0019]5c)根据业务类型调用相应的SRv6 TE Policy分配函数，将SRv6 TE Policy与业务隧道关联起来；
[0020]步骤6，生成低轨卫星网络路由表；
[0021]6a)初始化路由表；
[0022]创建一个空的路由表，使用字典或表格类型的数据结构存储低轨卫星节点的路由信息；
[0023]6b)生成低轨卫星节点的路由表项；
[0024]6c)生成地面站节点和用户终端节点的路由表项；
[0025]6d)配置路由表；
[0026]根据生成的路由表，使用开放式最短路径优先OSPF算法对每个节点进行路由配置。根据节点的类型和位置，将相应的路由表项配置到节点的路由器或路由表中；
[0027]6e)验证和测试；
[0028]通过模拟数据包的传输和路由器的转发过程，检查数据包是否按照预期的路径进
行转发，以及路由器是否根据路由表进行正确的转发决策。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0030]第一，由于本专利技术通过分配SRv6 TE Policy操作，在SRv6 TE Policy提供了灵活的转发路径选择方法，可以满足用户不同的转发需求。当分段式路由网络的源节点和目的节点之间存在多条路径时，合理利用SRv6 TE Policy选择转发路径，克服了现有技术需要对多个业务需求进行权衡和决策时，其在业务分配上的灵活性低的问题，使得本专利技术实现了低轨卫星网络更加灵活的多业务分配方式。
[0031]第二，由于本专利技术通过设置业务隧道和分配SRv6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SRv6的低轨卫星网络多业务分配方法，其特征在于，地面站设置三种类型的业务隧道，分配对应特征的SRv6 TE Policy，生成低轨卫星网络路由表。该分配方法的步骤包括如下：步骤1，构建多层次低轨卫星网络拓扑结构；构建包含低轨卫星、地面站和用户终端三类节点的多层次低轨卫星网络拓扑结构，并将节点连接关系用邻接矩阵表示；步骤2，计算低轨卫星节点的SRv6SID和Segment List转发路径；根据步骤1生成的邻接矩阵，计算低轨卫星节点的SRv6SID和Segment List转发路径；步骤3，计算最短节点路径；使用迪杰斯特拉Dijkstra算法计算每个低轨卫星节点到其他节点的最短路径，将每个低轨卫星节点的最短路径信息存储到字典或表格中，记录每个节点的最短路径长度以及经过的节点序列；步骤4，设计业务隧道；在地面站上入口节点设计图像数据信息业务、协同控制指令信息业务以及战术决策信息业务等三种业务类型对应的业务隧道；步骤5，分配对应特征的SRv6TE Policy；5a)根据TTL和Segment List属性设计SRv6TE Policy的数据结构；5b)根据每种业务类型的需求和网络拓扑结构，设计相应的SRv6TE Policy；5c)根据业务类型调用相应的SRv6TE Policy分配函数，将SRv6 TE Policy与业务隧道关联起来；步骤6，生成低轨卫星网络路由表；6a)初始化路由表；创建一个空的路由表，使用字典或表格类型的数据结构存储低轨卫星节点的路由信息；6b)生成低轨卫星节点的路由表项；6c)生成地面站节点和用户终端节点的路由表项；6d)配置路由表；根据生成的路由表，使用开放式最短路径优先OSPF算法对每个节点进行路由配置。根据节点的类型和位置，将相应的路由表项配置到节点的路由器或路由表中。2.根据权利要求1所述的基于SRv6的低轨卫星网络多业务分配方法，其特征在于，步骤1中所述多层次低轨卫星的网络拓扑结构是按照以下步骤生成的：将m个低轨卫星节点组成星型拓扑结构，a个地面站节点组成星型拓扑结构，b个用户终端节点组成网状拓扑结构，每个低轨卫星节点与所有用户终端节点建立链路，每个低轨卫星节点与所有地面站节点建立链路，每个用户终端节点与所有地面站节点建立链路；其中，m表示低轨卫星节点的总数，10≤m≤100000，a表示地面站节点的总数，2≤a≤100，b表示用户终端节点的总数，2≤b≤100。3.根据权利要求1所述的基于SRv6的低轨卫星网络多业务分配方法，其特征在于，步骤2中所述生成的邻接矩阵的步骤如下：在整个拓扑结构中，三类节点之间的连接关系均通过邻接矩阵进行描述。m个低轨卫星
节点编号为1到m，a个地面站节点编号为m+1到m+a，b个用户终端节点编号为m+a+1到m+a+b。具体设计如下：第一步，创建一个大小为(m+a+b)
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(m+a+b)矩阵。第二步，矩阵的前m行和前m列表示低轨卫星节点之间的连接关系，每行和每列对应一个低轨卫星节点；矩阵的第m+1行到第m+a行和第m+1列到第m+a列表示地面站节点之间的连接关系，每行和每列对应一个地面站节点；矩阵的第m+a+1行到第m+a+b行和第m+a+1列到第m+a+b列表示用户终端节点之间的连接关系，每行和每列对应一个用户终端节点。第三步，矩阵的前m行和第m+1列到第m+a列表示低轨卫星节点与地面站节点之间的连接关系；矩阵的前m行和第m+a+1列到第m+a+b列表示低轨卫星节点与用户终端节点之间的连接关系；矩阵的第m+1行到第m+a行和第m+a+1列到第m+a+b列表示地面站节点与用户终端节点。第四步，若两个节点之间存在连接，则对应位置上的元素为1，否则为0。4.根据权利要求1所述的基于SRv6的低轨卫星网络多业务分配方法，其特征在于，步骤2中所述计算低轨卫星节点的SRv6 SID和Segment List转发路径的步骤如下：第一步，采用编码方案将节点编号与固定前缀进行组合，设置固定前缀为"2001:db8::"，则低轨卫星节点1的SR...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓辉，吕苏杭，卫晓博，马丹丹，周媛媛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：