一種分布式星群網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)組網(wǎng)場景下的路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種分布式星群網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)組網(wǎng)場景下的路由方法，屬于衛(wèi)星通信領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的分布式星群網(wǎng)絡(luò)路由算法研究大都是針對(duì)單一衛(wèi)星星座系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的，它 們利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)對(duì)地球的完全覆蓋性W及衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)運(yùn)行軌跡的可預(yù)測性設(shè)計(jì)QoS(Quality ofservice)保證的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，W實(shí)現(xiàn)最小的傳輸時(shí)延等優(yōu)化目標(biāo)。每個(gè)衛(wèi)星星座系 統(tǒng)往往在衛(wèi)星發(fā)射之前就經(jīng)過了精屯、的布置，從而使得每顆衛(wèi)星在任意時(shí)刻都能保持一定 的鏈路數(shù)量，進(jìn)而保證網(wǎng)絡(luò)的連通性。特別是在多層衛(wèi)星星座系統(tǒng)中（GE0/ME0/LE0)，該些 精屯、設(shè)計(jì)的衛(wèi)星星座可W保證LEO層（低軌層）衛(wèi)星在任意時(shí)刻總能夠被至少一顆ME0層 (中軌層）衛(wèi)星覆蓋，同時(shí)ME0層衛(wèi)星也至少被一顆GE0層（高軌層，或地球同步）衛(wèi)星覆 蓋。在該類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，任意兩顆衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間在任意時(shí)刻都存在至少一條通路。即使網(wǎng)絡(luò) 中有部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁塞或失效，一般也不會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)的連通性，因此很難出現(xiàn)信息 孤島的情況。除此之外，固定衛(wèi)星星座系統(tǒng)中的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)和它們的運(yùn)行軌道是固定不變的， 該就使得可W較為容易地求出衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間鏈路的變化狀態(tài)，并根據(jù)歷史傳輸數(shù)據(jù)擬合出鏈 路的期望延遲曲線，最終求出衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的最優(yōu)路由表。
[0003] 然而，在實(shí)際衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)出現(xiàn)緊急事件或一些特殊需求時(shí)，可能需要 在多個(gè)不同星座系統(tǒng)間的衛(wèi)星相互協(xié)作共同完成一些監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。在該種情況 下，來自不同星座間的各種不同類型的衛(wèi)星會(huì)組成一個(gè)臨時(shí)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。由于該種衛(wèi)星網(wǎng) 絡(luò)是在緊急情況下臨時(shí)組建的，所W隸屬于不同星座系統(tǒng)下的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間存在較大的異構(gòu) 性。與此同時(shí)，在該種情況下，由于臨時(shí)組網(wǎng)構(gòu)建的分布式星群網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)來自于不 同的星座系統(tǒng)，且衛(wèi)星間的相對(duì)位置關(guān)系和軌道并不是經(jīng)過精確的組網(wǎng)計(jì)算得到的，因此 很難保證在任意時(shí)刻分布式星群網(wǎng)絡(luò)的連通性，極易出現(xiàn)信息孤島的情況。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的 節(jié)點(diǎn)只有在相遇時(shí)才能建立直接鏈路，該就使得網(wǎng)絡(luò)具有較為明顯的延遲容忍特性。在之 前所設(shè)計(jì)的分布式星群網(wǎng)絡(luò)路由算法中并沒有考慮出現(xiàn)信息孤島的情況，主要是針對(duì)單一 衛(wèi)星星座系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的，因此無法直接應(yīng)用到該種不同星座衛(wèi)星間臨時(shí)組網(wǎng)的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述實(shí)際系統(tǒng)中存在的問題，本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種W分布式星群網(wǎng)絡(luò)中 臨時(shí)組網(wǎng)場景下可靠數(shù)據(jù)傳輸為核屯、目標(biāo)，針對(duì)臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)存在的間斷聯(lián)通，網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等 特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種與之相適應(yīng)的端到端的數(shù)據(jù)傳輸方法。
[0005] 本發(fā)明提出一種分布式星群網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)組網(wǎng)場景下的路由方法，其特征在于，包含 W下步驟；（1)分簇生成及網(wǎng)絡(luò)初始化；當(dāng)有緊急事件發(fā)生需要臨時(shí)組網(wǎng)時(shí)，參與該緊急事 件的組織機(jī)構(gòu)推選出一個(gè)管理者，每個(gè)組織機(jī)構(gòu)將自己所管理的星座系統(tǒng)中參與臨時(shí)組網(wǎng) 的衛(wèi)星信息發(fā)送給該管理者，該管理者在收到所有組織機(jī)構(gòu)發(fā)送來的參與臨時(shí)組網(wǎng)的衛(wèi)星 信息之后，將屬于同一組織機(jī)構(gòu)的衛(wèi)星看作是一個(gè)分簇；推選出的管理者所綁定的地面網(wǎng) 關(guān)根據(jù)參與臨時(shí)組網(wǎng)的衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡為每個(gè)分簇選出簇頭，分簇之間的信息傳輸由簇頭 來完成；計(jì)算出每個(gè)分簇的簇頭并生成路由表，管理者將每個(gè)分簇的簇頭和路由表信息分 發(fā)給各個(gè)星座的地面網(wǎng)關(guān)，非管理者的地面網(wǎng)關(guān)在收到該些信息之后，在管理者選出的簇 頭中再選出一個(gè)用于分簇內(nèi)通信的總簇頭節(jié)點(diǎn)，總簇頭節(jié)點(diǎn)計(jì)算分簇內(nèi)所有衛(wèi)星到各個(gè)簇 頭、W及各個(gè)簇頭到所有衛(wèi)星之間的最優(yōu)傳輸路徑；(2)數(shù)據(jù)包傳輸過程；分簇內(nèi)的數(shù)據(jù)包 傳輸；當(dāng)?shù)孛婵刂浦型?、有?bào)文發(fā)送給一顆或多顆衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先判斷是否可W跟所述衛(wèi) 星直接通信，若存在直接鏈路，則將報(bào)文直接發(fā)送給所述衛(wèi)星；否則，任意找到一顆當(dāng)前與 自身存在直接鏈路的衛(wèi)星作為入口衛(wèi)星，將報(bào)文發(fā)送給該入口衛(wèi)星；入口衛(wèi)星收到報(bào)文之 后，將其轉(zhuǎn)發(fā)給與自身跳數(shù)最少的一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，然后該簇頭節(jié)點(diǎn)查找路由表，將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā) 給分簇內(nèi)的目的節(jié)點(diǎn)；當(dāng)收集衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到的信息時(shí)，分簇內(nèi)的各個(gè)衛(wèi)星將自身收集的 信息發(fā)送到所在分簇的總簇頭節(jié)點(diǎn)，總簇頭節(jié)點(diǎn)將收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行信息融合，將融合后 的信息生成一個(gè)新的數(shù)據(jù)包發(fā)送給地面控制中屯、；分簇間的數(shù)據(jù)包傳輸：當(dāng)?shù)谝环执氐牡?面控制中屯、跟第二分簇的地面控制中屯、進(jìn)行通信時(shí)，首先第一分簇的地面控制中屯、需要找 到自己所在分簇內(nèi)與自身有直接鏈路的一顆衛(wèi)星作為入口衛(wèi)星，然后由該入口衛(wèi)星按照所 維護(hù)的分簇內(nèi)路由表找到自己的負(fù)責(zé)分簇的簇頭節(jié)點(diǎn)之間的最優(yōu)路徑，并將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到 該簇頭節(jié)點(diǎn)；第一分簇中負(fù)責(zé)分簇的簇頭節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后，將其轉(zhuǎn)發(fā)給第二分簇中負(fù)責(zé) 分簇的簇頭，由該簇頭查找到本分簇的出口衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，將其轉(zhuǎn)發(fā)給該出口衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，并最終 由該出口衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)將其轉(zhuǎn)發(fā)給第二分簇的地面控制中屯、；（3)新的星座加入或退出；當(dāng)星 座內(nèi)有節(jié)點(diǎn)加入或退出時(shí)，該星座的地面網(wǎng)關(guān)重新計(jì)算受影響的部分路由表或重新選舉簇 頭；當(dāng)有新的星座加入或已有的星座退出時(shí)，通知管理者，并由管理者的地面網(wǎng)關(guān)選舉出簇 頭并計(jì)算分簇間的路由表。
[0006] 進(jìn)一步地，所述的一種分布式星群網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)組網(wǎng)場景下的路由方法，其特征在于， 簇頭選舉時(shí)，首先假定臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的分簇一共有k個(gè)，輸入臨時(shí)分簇中的k個(gè)分簇，初步設(shè) 定為兩個(gè)分簇之間只能進(jìn)行直接通信；S101步驟，遍歷整個(gè)分簇集合，遍歷到當(dāng)前分簇時(shí) 記為i;S102步驟，對(duì)于S101中的每一個(gè)分簇i，再一次遍歷整個(gè)分簇，遍歷到當(dāng)前分簇時(shí) 記為j，使得分簇之間兩兩進(jìn)行運(yùn)算；S103步驟，初始化兩衛(wèi)星存在直接鏈路的時(shí)間長度 了"1。1= 0,兩衛(wèi)星等待相遇的時(shí)間為Tdeiw=°°間〇4步驟，首先對(duì)于分簇i，從GE0層節(jié)點(diǎn)到 LEO層節(jié)點(diǎn)的順序開始遍歷，記為Si,i;S105步驟，對(duì)于分簇i中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)S1，遍歷分 簇j中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，記為Sj,i;S106步驟，如果S1和S1之間存在直接鏈路的且鏈路時(shí) 間長度大于當(dāng)前的Tm"就執(zhí)行S107,否則，執(zhí)行S108 ;S107步驟，將S1,1和SW之間的直接 鏈路存在的時(shí)間長度賦值給Tm";將S1記為分簇i對(duì)分簇j通信的簇頭，將Sj, 1記為分簇 j對(duì)分簇i通信的簇頭；S108步驟，如果Si, 1和Sj, 1之間不存在直接鏈路，且它們相遇的等 待時(shí)間小于當(dāng)前的Tddw;則執(zhí)行S109,否則，不執(zhí)行賦值間09步驟，將當(dāng)前時(shí)刻開始S1,1和 Sj,i之間相遇的等待時(shí)間賦值給Tddw;將S1,1記為分簇i對(duì)分簇j通信的簇頭，將SW記為 分簇j對(duì)分簇i通信的簇頭。
[0007] 進(jìn)一步地，所述的一種分布式星群網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)組網(wǎng)場景下的路由方法，其特征在于， 路由表生成時(shí)，假定臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的分簇一共有k個(gè)，輸入臨時(shí)分簇中的k個(gè)分簇；但不在限 制兩個(gè)分簇之間只能進(jìn)行直接通信；S201步驟，遍歷整個(gè)分簇集合，遍歷到當(dāng)前分簇時(shí)記 為i;S202步驟，對(duì)于S201中的每一個(gè)分簇i，再一次遍歷整個(gè)分簇，遍歷到當(dāng)前分簇時(shí)記 為j，使得分簇之間兩兩進(jìn)行運(yùn)算；S203步驟，如果簇頭Cw和CW直接存在直接鏈路，則執(zhí) 行S204,否則，執(zhí)行S205 ;S204步驟，Cy和CW直接通信；S205步驟，遍歷整個(gè)分簇集，遍 歷到當(dāng)前分簇時(shí)記為1 ;S206步驟，對(duì)于分簇1，如果簇頭。,1和Ci,i，Cw和CU之間存在直 接鏈路，則執(zhí)行S207,否則，繼續(xù)遍歷分簇集；S207步驟，刪除簇頭Cy和C由星座1簇 頭進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，并生成路由表，繼續(xù)遍歷。
[0008] 進(jìn)一步地，所述的一種分布式星群網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)組網(wǎng)場景下的路由方法，其特征在于， 衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)與其他分簇的地面控制中屯、之間通信時(shí)，首先該衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到所在分 簇負(fù)責(zé)的簇頭節(jié)點(diǎn)，然后該簇頭節(jié)點(diǎn)通過分簇間的鏈路將其轉(zhuǎn)發(fā)給目的分簇的簇頭節(jié)點(diǎn)， 然后由目的分簇