本技术涉及卫星通信领域,旨在解决星间链路受太空环境和人为因素影响导致的传输失败和路由中断问题。我们提出了一种集中式星间可靠路由方法,该方法依据星间链路属性,实时状态和失效原因进行链路分类,并构建包含全局网络信息的初始拓扑模型。通过设计边界扩散方法,将故障链路聚集成块,形成故障域拓扑模型以限制故障影响。进一步分析缓冲队列能力、链路信噪比和路径长度对路由的影响,并构建综合链路效用函数以量化链路质量。本发明还提出了多属性绕行路径选择方法,以解决单一路径选择准则导致的负载不均衡问题,从而降低系统丢包率和端到端时延,增强卫星网络的故障应对能力。
背景技术
近年来,随着用户数量的急剧增长和数据业务带来的流量爆炸。目前用户对通信可靠性、稳定性和实时性等性能的要求也愈发严苛,与传统通信方式相比,卫星通信因为其优秀的全球覆盖能力和高可靠低时延的通信特质,特别是,随着可回收火箭技术和一箭多星等技术的发展,卫星的发射成本正在逐渐降低。因此卫星通信有望成为下一代网络的重要组成部分。而星间路由技术能够保障数据在卫星之间进行可靠、高效的传输,进而能够让地面用户通过卫星实现全球覆盖性的通信。然而卫星的高速移动和其空间特性也给星间路由带来了动态拓扑、故障易发、资源有限等一系列新的问题,并且不同于地面,卫星的故障将变得难以维护和修理。因此需要聚焦路由的可靠性问题,从分析网络故障信息和路由算法设计两方面入手,对星间可靠路由策略进行更深入的研究。
SDN(Software Defined Network)技术具有将转发平面与控制平面解耦的特点,其主要优势是灵活、可编程和逻辑集中化,SDN技术有利于实现卫星节点的集中化管理以应对目前的巨型星座带来的管理挑战。与此同时,SDN技术也可以在星间路由方面有所应用,由于SDN技术特殊的管理方式,原先分布式的路由方案不再适合SDN架构,因此基于SDN的路由方案可以实现节点的集中化管理,也可以一定程度上减少卫星节点发生故障的概率。
根据已有的星间路由方法研究,按照其处理动态拓扑的方式可以分为动态路由算法和静态路由算法两类。前者是将包括故障信息在内的路由信息泛洪到全局网络,再根据网络中实时动态监测到的信息进行路由方法设计。但是在目前巨大星座下的背景下,仅是将信息泛洪到全局都会导致传输时延的大大增加。为了解决这个问题,静态路由算法按照一定的时隙将路由划分多个时间片下的拓扑信息“快照”。由于划分的时间片内网络拓扑基本没有变化,因此可以通过静态路由算法进行路径计算。这种方法完美获得了卫星移动带来的常规网络拓扑变化信息,不再需要将其进行泛洪。但是其对网络中的突发拓扑变化不够敏感,并且也会导致路由开销过大。
本发明提出了一种基于故障域模型的星间可靠路由方法,考虑到动态路由泛洪时延过大的问题,本发明采用静态路由方法解决动态拓扑问题,设计了一个多层网络的SDN架构来解决卫星节点的管理问题,并方便静态路由算法的计算。针对静态路由对突发拓扑变化不敏感的问题,本方法首先建立基于逻辑地址的虚拟拓扑,然后基于故障块模型的思想设计了一种能够减少可用节点浪费的路由故障模型来管理拓扑信息,并基于此模型提出了一种路径选择方法,该方法根据路由需求将路由过程分段,在路径选择方面将路径长度、信噪比和队列缓冲能力加权得到链路效用函数来选择路由路径,能够有效避免可能的负载不均问题,降低丢包率和平均端到端时延。
实现思路