【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信，更进一步涉及一种卫星网络组播路由方法，可用于在终端快速移动时，保证较低的泛洪拓扑收敛时间和重要业务的可靠传输。
技术介绍
1、低轨卫星具有低时延、容量大和覆盖率高等特点，使得建设新一代低轨卫星网络将是建设6g空间互联网的重要部分，是实现全球互联的核心解决方案，这吸引了越来越多的研究者的研究和关注。但低轨卫星网络也存在一些缺陷，由于低轨卫星轨道周期短，将导致低轨卫星网络具有高动态的网络拓扑变化，引起网络路由随之变化，造成星间通信链路的中断和卫星与终端用户的频繁切换。
2、现有低轨卫星网络的组播路由协议都是针对低轨卫星网络的特点，对地面网络进行修改而来，以有效地适应规则的拓扑变化。然而当因为异常的链路故障或者节点失效引起的不规则拓扑变化，全网泛洪或者局部泛洪仍然是路由收敛所必须的过程。由于星座拓扑密度较大，全网的泛洪导致显著的流量冗余，链路利用率较低。对此，在卫星网络的发展当中，研究者提出了利用更加轻量级的拓扑结构来进行信息泛洪，减少流量冗余，同时需要保证链路故障后业务的可靠性。
3、g.ruan等人在lightweight route flooding via flooding topology pruningfor leo satellite networks一文中提出了基于泛洪拓扑修剪的低轨星座网络轻量级泛洪方法，其通过对不稳定的轨道间链路进行剪枝，保留更加稳定的轨道内链路，同时避免因剪枝导致某两个节点出现距离过远的问题，提高链路利用率。但该方法由于只剪枝了几条链路，而保留了大量的冗
4、yufei wang在high-reliability,low-latency,and load-balancing multipathrouting for leo satellite networks一文中提出一种高可靠的组播方法，其数据包通过多条路径传输，并通过这些路径和链路选择策略及负载平衡的方式来规避掉链路拥塞问题，以保证业务的可靠传输。这种多路径传输虽然可以保证链路故障后的业务可靠性，但由于卫星网络中尤其低轨卫星移动速度较快，链路通断较为频繁，在主路径失效时不能保证备用路径是否还有效，当备用路径失效时，会严重影响网络的投递率，致使卫星网络的性能严重下降。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提出一种面向终端移动和可靠业务需求的卫星网络组播路由方法，以避免流量冗余，提升在地面终端用户移速较快情况下终端注册信息泛洪的链路利用率，减小信息到达时延；并在主路径失效时，通过备份路径保证核心业务的可靠传输，提高卫星网络的性能。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一.技术原理
4、在上述研究基础上，本专利技术改进了用于泛洪的稀疏拓扑的计算方法，并通过增加链路断开后对泛洪拓扑的修复过程，以在保证链路利用率高的同时减少转发结构的计算复杂度和防止出现孤立拓扑，同通过采用备份路径的方式在路由修复期间传输业务，增加业务投递率，以保证业务的可靠传输。其实现原理是将整个低轨卫星网络周期内的拓扑划分为一个个静态拓扑切片，规避卫星网络动态性所造成的影响，此时卫星控制中心或者地面站可根据每一个静态拓扑切片将拓扑转化为邻接矩阵，并根据链路成本计算邻接矩阵的值，同时将每个节点的度也就是其邻居节点的个数作为其考虑参数，以减少泛洪拓扑结构的最长路径；然后根据最小生成树算法将原有拓扑变为轻量级的稀疏泛洪拓扑，并通过控制中心将稀疏泛洪拓扑上注至卫星网络作为全网泛洪的路径。为了防止孤立拓扑出现，在每个时间片开始阶段卫星广播备份路径生成报文，规定其生命周期来确保备份路径为某条链路的环状补集，在链路故障时由备份路径将业务包发送至下游节点并同步完成路由修复，确保可靠传输。
5、二.实现步骤
6、根据上述技术原理，本专利技术的实现步骤如下：
7、1.一种面向终端移动和可靠业务需求的卫星网络组播路由方法，包括稀疏泛洪拓扑路径生成、链路故障检测及处理，其特征在于：
8、所述稀疏泛洪拓扑路径生成，包括如下步骤：
9、(1)建立拓扑模型：
10、地面控制中心根据星力将星座周期划分为包含某一时间段内卫星网络链路连接关系的一个个静态切片；
11、根据连接关系和链路成本将每一个静态切片抽象成一个无向连通图，并将其转化为邻接矩阵存储在地面控制中心，作为原始的网络拓扑模型；
12、(2)对网络拓扑模型进行优化：
13、2a)将卫星节点的度即链路个数作为优化网络拓扑的参数，根据链路两端节点的度值得出链路的优化因子α1和α2；
14、2b)根据链路两端节点优化因子α1和α2的值修改邻接矩阵，得到优化后的网络拓扑模型；
15、(3)使用kruskal算法将修改后的邻接矩阵转化为最小代价树mst，作为泛洪所需的稀疏拓扑，地面控制中心根据星力计算周期内所有静态切片的稀疏泛洪拓扑并进行存储；
16、(4)地面控制中心按照时隙上注泛洪拓扑并泛洪至全网：
17、4a)地面控制中心将计算好的稀疏泛洪拓扑上注至低轨卫星网络，在卫星周期开始阶段，将已上注至卫星网络的拓扑结构报文再按照arpanet泛洪方式泛洪至全网，此时全网拥有了该静态切片的转发路径；
18、4b)卫星节点在收到稀疏拓扑结构后，根据结构描述的节点间的连接关系填充转发表，该表填充的是稀疏泛洪结构中所描述的转发链路；
19、4c)将后续静态切片的稀疏拓扑结构依次上注并泛洪至卫星网络，且每个静态切片泛洪结构的转发路径采用上个静态切片的转发路径进行；
20、所述链路故障检测及处理，包括：
21、s1)根据星座构型或者网络结构设计探测报文的生命周期；
22、s2)每个节点向邻居广播备份路径探测报文，当该报文由某条链路回传至节点且生命周期耗尽时，该节点可获取报文中的备份路径；
23、s3)所有卫星节点开启链路故障检测定时器，定时器在开始阶段将所有邻居链路标志位置为0，并向邻居广播一跳检测报文，收到检测报文回复会将该链路标志位置1，若检测时间结束后链路标志位为0，即没有收到邻居的回复，则判断该链路出现故障，并通过备份路径转发业务报文；
24、s4)下游节点收到备份路径转发来的报文后按照原先拓扑结构继续泛洪，并重新修复路由，修复完成后上游节点和下游节点同时更新原有的转发表项，停止使用备份路径转发报文。
25、本专利技术与现有技术相比具有如下优点：
26、第一，本专利技术由于采用稀疏拓扑结构进行泛洪，可以避免流量冗余，且泛洪报文只在n-1条链路上传输，又增加了链路利用率。同时由于以节点的度为优化因子优化拓扑结构，可以保证泛洪拓扑最大长度较小，降低泛洪完成的时延，减小计算复杂度。
27、第二，本专利技术由于使用稀疏拓扑进行泛洪本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向终端移动和可靠业务需求的卫星网络组播路由方法，包括稀疏泛洪拓扑路径生成、链路故障检测及处理，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中转化的邻接矩阵，表示如下：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2a)根据链路两端节点的度值得出链路的优化因子α1和α2，实现如下：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2b)中根据链路两端节点优化因子α1和α2的值修改邻接矩阵，是用邻接矩阵中Aij的值代表节点i到节点j的链路成本，将节点的度作为优化链路成本的考虑因素，通过如下优化公式对原矩阵中的每个值进行修改，得到修改后的邻接矩阵A’：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中使用Kruskal算法将修改后的邻接矩阵转化为最小代价树MST，实现如下：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4a)中在卫星周期开始阶段，将已上注至卫星网络的拓扑结构报文再按照ARPANET泛洪方式泛洪至全网，实现如下：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4c)中将后续静态切片的稀疏拓扑结构依次上注并泛洪至卫星网络，是在第一个时隙的泛洪结构被填充到转发表后，后续泛洪遵循转发表中的链路号进行转发，即后一个静态切片的拓扑结构按照前一个静态切片的转发表进行泛洪。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1)中根据星座构型或者网络结构设计探测报文的生命周期，实现如下：
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2)中每个节点向邻居广播的备份路径探测报文，包括报文生命周期，卫星节点号和备份路径记录数组。
...【技术特征摘要】
1.一种面向终端移动和可靠业务需求的卫星网络组播路由方法，包括稀疏泛洪拓扑路径生成、链路故障检测及处理，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中转化的邻接矩阵，表示如下：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2a)根据链路两端节点的度值得出链路的优化因子α1和α2，实现如下：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2b)中根据链路两端节点优化因子α1和α2的值修改邻接矩阵，是用邻接矩阵中aij的值代表节点i到节点j的链路成本，将节点的度作为优化链路成本的考虑因素，通过如下优化公式对原矩阵中的每个值进行修改，得到修改后的邻接矩阵a’：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中使用kruskal算法将修改后的邻接矩阵转化为最小代价树mst，实现如下：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4a)中在卫星周期开始阶段，将已上注至卫星网络的拓扑结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：史琰，王修宇，盛敏，李建东，白卫岗，周笛，丁峰，
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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