【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于衛(wèi)星通信，具體涉及一種基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法。
技術(shù)介紹
1、近幾年，隨著移動(dòng)通信的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信也漸漸成為研究的熱點(diǎn)之一。地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要依靠基站進(jìn)行無(wú)線通信，但是其信號(hào)覆蓋范圍有限，并且會(huì)受到包括地形、天氣、外部環(huán)境在內(nèi)的各種影響。衛(wèi)星通信依靠在太空中運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星完成，可以克服地面外在因素的障礙，因此具有傳播距離遠(yuǎn)、受環(huán)境限制程度低以及覆蓋范圍廣等特點(diǎn)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為地面通信網(wǎng)的補(bǔ)充，擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的全球覆蓋范圍，偏僻區(qū)域信號(hào)覆蓋、航海航空通信以及科考勘察等應(yīng)用領(lǐng)域都需要衛(wèi)星通信的支持。衛(wèi)星構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)在軍用以及民用領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越廣泛的作用。
2、在天地一體化的背景下，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景給在地面網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的路由協(xié)議帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算和緩存等資源十分珍貴，如何在有限的資源下，高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中急需解決的問(wèn)題。而多路徑傳輸技術(shù)能夠通過(guò)聚合帶寬資源提高傳輸?shù)男剩⑶以诎l(fā)生網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)也能夠借助多條子路徑實(shí)現(xiàn)平滑的遷移，這為地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的融合提供了有效的方案。然而，對(duì)于現(xiàn)有的多路徑傳輸協(xié)議來(lái)說(shuō)，比如mptcp(multipath?tcp)，是基于地面網(wǎng)絡(luò)提出的。如果直接用于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，其性能表現(xiàn)并不理想。其中，路徑選擇是影響多路徑傳輸性能的重要因素，合理的路徑選擇方案能夠高效地利用資源，充分發(fā)揮帶寬聚合的優(yōu)勢(shì)，以此來(lái)提升傳輸?shù)恼w效率。
3、由于通信距離遠(yuǎn)，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延以及不同鏈路的時(shí)延差異都會(huì)十分巨大。同時(shí)，衛(wèi)星拓?fù)涞?span style='display:none'>高動(dòng)態(tài)也導(dǎo)致衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載不斷變化。這些不利因素給路徑選擇帶來(lái)了極大的困難。目前，關(guān)于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中多路徑路由方面的研究大多把注意力放在基于節(jié)點(diǎn)跳數(shù)的選擇上，這與地面網(wǎng)絡(luò)的多路方案沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，不能解決衛(wèi)星鏈路負(fù)載高動(dòng)態(tài)帶來(lái)的問(wèn)題。因此，在衛(wèi)星通信大規(guī)模應(yīng)用的背景下，研究基于鏈路狀態(tài)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由技術(shù)對(duì)我國(guó)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)建設(shè)以及國(guó)防和民用網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了一種基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法。本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
2、第一方面，本專利技術(shù)提供一種基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，應(yīng)用于部署在轉(zhuǎn)發(fā)層中的多個(gè)低軌衛(wèi)星，轉(zhuǎn)發(fā)層中的低軌衛(wèi)星拓?fù)湎鄬?duì)地球動(dòng)態(tài)變化，將低軌衛(wèi)星拓?fù)鋭澐譃闀r(shí)長(zhǎng)為t的多個(gè)時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片內(nèi)低軌衛(wèi)星拓?fù)湟暈椴蛔儯环椒òǎ?/p>
3、接收用戶發(fā)送的任務(wù)傳輸請(qǐng)求，將任務(wù)傳輸請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至高軌衛(wèi)星；
4、在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)，向高軌衛(wèi)星發(fā)送自身狀態(tài)信息，并接收高軌衛(wèi)星根據(jù)任務(wù)傳輸請(qǐng)求和低軌衛(wèi)星自身狀態(tài)信息生成的最優(yōu)路徑集；
5、根據(jù)最優(yōu)路徑集中的路由策略對(duì)用戶發(fā)送的任務(wù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
6、第二方面，本專利技術(shù)還提供一種基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，應(yīng)用于部署在控制層中的多個(gè)高軌衛(wèi)星，控制層中的高軌衛(wèi)星相對(duì)地球靜止，控制層相對(duì)于地面的距離大于轉(zhuǎn)發(fā)層相對(duì)于地面的距離；方法包括：
7、接收低軌衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)傳輸請(qǐng)求，對(duì)任務(wù)傳輸請(qǐng)求進(jìn)行分析并轉(zhuǎn)化格式，得到第一信息；其中，第一信息包括源低軌衛(wèi)星和目的低軌衛(wèi)星；
8、在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)，接收低軌衛(wèi)星的自身狀態(tài)信息，對(duì)低軌衛(wèi)星的自身狀態(tài)信息進(jìn)行存儲(chǔ)；并根據(jù)該時(shí)刻的星歷信息構(gòu)建一個(gè)可進(jìn)行通信的星間鏈路集；
9、根據(jù)可進(jìn)行通信的星間鏈路集，以源低軌衛(wèi)星到目的低軌衛(wèi)星之間可建立的星間鏈路為變量，以任務(wù)傳輸請(qǐng)求中的任務(wù)所需帶寬和任務(wù)所需傳輸成功率為約束，以最小化源低軌衛(wèi)星到目的低軌衛(wèi)星之間的傳輸時(shí)延為目標(biāo)函數(shù)，建立優(yōu)化問(wèn)題；求解優(yōu)化問(wèn)題，獲取最優(yōu)路徑集，并發(fā)送至對(duì)應(yīng)的低軌衛(wèi)星。
10、本專利技術(shù)的有益效果：
11、本專利技術(shù)提供的一種基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，通過(guò)使用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)分層架構(gòu)，即高軌衛(wèi)星作為控制層基于星間鏈路狀態(tài)生成多路路由策略，低軌衛(wèi)星作為轉(zhuǎn)發(fā)層執(zhí)行多路路由策略對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，充分利用高軌衛(wèi)星的星上處理能力。具體為將低軌衛(wèi)星拓?fù)涓鶕?jù)時(shí)間片劃分，每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間片轉(zhuǎn)發(fā)層低軌衛(wèi)星將自身狀態(tài)上傳給控制層高軌衛(wèi)星，高軌衛(wèi)星將實(shí)時(shí)狀態(tài)與歷史狀態(tài)相結(jié)合計(jì)算出各低軌衛(wèi)星的真實(shí)狀態(tài)，同時(shí)低軌衛(wèi)星接收到任務(wù)傳輸請(qǐng)求后將請(qǐng)求上傳給高軌衛(wèi)星，高軌衛(wèi)星計(jì)算出源衛(wèi)星與目的衛(wèi)星的星間鏈路并根據(jù)鏈路上每個(gè)衛(wèi)星的真實(shí)狀態(tài)求取鏈路的時(shí)延、帶寬及傳輸成功概率，之后通過(guò)多次迭代選擇出可供數(shù)據(jù)傳輸最優(yōu)的多條路徑。本專利技術(shù)相比于現(xiàn)有技術(shù)克服了衛(wèi)星對(duì)鏈路負(fù)載不斷變化適應(yīng)性較差的問(wèn)題，能夠在鏈路負(fù)載不斷變化的情況下精準(zhǔn)預(yù)測(cè)鏈路真實(shí)狀態(tài)，并根據(jù)真實(shí)狀態(tài)快速計(jì)算出最優(yōu)多路策略，提升衛(wèi)星通信質(zhì)量。
12、以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，應(yīng)用于部署在轉(zhuǎn)發(fā)層中的多個(gè)低軌衛(wèi)星，所述轉(zhuǎn)發(fā)層中的低軌衛(wèi)星拓?fù)湎鄬?duì)地球動(dòng)態(tài)變化，將所述低軌衛(wèi)星拓?fù)鋭澐譃闀r(shí)長(zhǎng)為T的多個(gè)時(shí)間片，每個(gè)所述時(shí)間片內(nèi)所述低軌衛(wèi)星拓?fù)湟暈椴蛔儯凰龇椒òǎ?/p>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，所述任務(wù)傳輸請(qǐng)求包括任務(wù)數(shù)據(jù)量、任務(wù)所需帶寬、任務(wù)所需傳輸成功率和任務(wù)傳輸目的地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，t時(shí)刻轉(zhuǎn)發(fā)層的低軌衛(wèi)星的集表示為所述低軌衛(wèi)星的自身狀態(tài)信息包括t時(shí)刻處理數(shù)據(jù)的速度可用于發(fā)送數(shù)據(jù)的寬帶在緩沖區(qū)等待的數(shù)據(jù)隊(duì)列以及與下一跳低軌衛(wèi)星之間鏈路的丟包率和距離
4.一種基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，應(yīng)用于部署在控制層中的多個(gè)高軌衛(wèi)星，所述控制層中的高軌衛(wèi)星相對(duì)地球靜止，所述控制層相對(duì)于地面的距離大于轉(zhuǎn)發(fā)層相對(duì)于地面的距離；所述方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，所述建立優(yōu)化問(wèn)題之前
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，所述建立優(yōu)化問(wèn)題之前，還包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，所述建立優(yōu)化問(wèn)題之前，還包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，所述優(yōu)化問(wèn)題的表達(dá)式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，所述獲取最優(yōu)路徑集之前，還包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，所述通信鏈路質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算公式為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，應(yīng)用于部署在轉(zhuǎn)發(fā)層中的多個(gè)低軌衛(wèi)星，所述轉(zhuǎn)發(fā)層中的低軌衛(wèi)星拓?fù)湎鄬?duì)地球動(dòng)態(tài)變化，將所述低軌衛(wèi)星拓?fù)鋭澐譃闀r(shí)長(zhǎng)為t的多個(gè)時(shí)間片，每個(gè)所述時(shí)間片內(nèi)所述低軌衛(wèi)星拓?fù)湟暈椴蛔儯凰龇椒òǎ?/p>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，所述任務(wù)傳輸請(qǐng)求包括任務(wù)數(shù)據(jù)量、任務(wù)所需帶寬、任務(wù)所需傳輸成功率和任務(wù)傳輸目的地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，t時(shí)刻轉(zhuǎn)發(fā)層的低軌衛(wèi)星的集表示為所述低軌衛(wèi)星的自身狀態(tài)信息包括t時(shí)刻處理數(shù)據(jù)的速度可用于發(fā)送數(shù)據(jù)的寬帶在緩沖區(qū)等待的數(shù)據(jù)隊(duì)列以及與下一跳低軌衛(wèi)星之間鏈路的丟包率和距離
4.一種基于鏈路狀態(tài)感知的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多路路由方法，其特征在于，應(yīng)用于部署在控制層中的多個(gè)高軌衛(wèi)星，所述控制層中的高軌衛(wèi)星相...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊龍，張樂(lè)，闊永紅，陳健，周雨晨，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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