CN101945453A - 一种基于轨道信息预测的移动IPv6接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于轨道信息预测的移动IPv6接入方法，它主要解决非同步轨道航天器以移动IPv6的方式接入测控站的问题。它采用轨道信息预测的移动IPv6接入方法，通过航天器轨道信息、地面站精确位置信息以及测控覆盖范围的综合事先计算，预测出航天器与各个地面基站的接入时刻。由航天器根据接入时刻主导与地面基站的切换接入，首先控制数据链路层切换，在其切换完成后触发网络层开始切换，进而完成航天器切换接入新的地面基站。在切换过程中避免了航天器与地面基站之间频繁的信号扫描、信息交互，尤其降低了航天器的通信负担。

Description

一种基于轨道信息预测的移动IPv6接入方法

技术领域

本发明提出了一种基于轨道信息预测的移动IPv6接入方法，它主要解决非同步轨道航天器以移动IPv6的方式接入测控站的问题。 

背景技术

目前，我国星上、星地和地面三部分传输协议尚未进行一体化设计。在遥感数据传输中需要进行至少2次协议转换，而在业务测控操作中协议转换次数更多达5～6次。为此，需要配置多个协议转换设备，且这类设备多为定制设备，技术状态复杂，降低了***可靠性和操作维护效率。 

采用在地面网络获得极大成功的IP技术，将促进航天测控网络协议的统一，减少天地互操作中不必要的协议转换，***效费比，可靠性和传输效率等将得到大幅提高。 

IPv6虽然在设计之初，就充分考虑到了网络节点的移动性特点，但是标准移动IPv6技术在复杂的空间链路情况下，会因路径损耗以及大气损耗等突发情况下而产生误切换或者乒乓切换。 

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中在航天应用中的不足之处而提供一种基于轨道信息预测的移动IPv6接入技术，满足新一代测控通信网一体化的技术要求。 

本发明的目的是这样实现的，它包括步骤： 

①移动节点在初始化阶段进行精确地切换时间规划，并保存预切换节点的节点信息； 

②移动节点进入正常工作中，进行数据处理； 

③到达预定切换时间，由数据链路层触发，将保存在节点缓存中的预接入节点的基本信息读入移动节点中，并完成基本信息的切换； 

④按预测的可用信道，切换到地面基站的可用信道中； 

⑤将新基站纳入到可通信节点缓存中； 

⑥航天器移动节点与新接入基站认证； 

⑦航天器移动节点与新接入基站进行关联，在这里主要是进行速率，同步工作的协调商议，完成关联之后，航天器与地面基站恢复正常通信。 

其中，一种基于轨道信息预测的移动IPv6接入方法步骤①当中所述的切换时间规划包括以下步骤： 

S1、根据航天器与地面基站的基本信息，遍历所有接入点(AP)的位置信息； 

S2、由于得到了轨道信息，并且获知航天器总体通信时间T，那么根据切换要求的精度，在整个的通信时间T上选取N个时间点，将这N个时间点称为位置信息采样时间点，记为T_i(i＝1，2，3….N)，其中，T为整个轨道的通信时间，i为采样时间点，N为整个通信时间的采样点的集合； 

S3、根据航天器轨道信息，在每一个采样时刻T_i，遍历航天器所处位置与所有有可能接入地面站AP之间的距离，只要判断航天器在采样时间点T_i上的拥有最短传输距离的接入AP，就可以找出在当前采样点上的最佳接入接站，然后选择出该基站，并记录此基站的基本信息； 

S4、在搜索完全部航天器运行时间T之后，将得到每个采样时间点T_i上的最佳接入地面基站，并包括基站基本信息；此时从T₁开始，比较相邻两个采样时刻上的基站基本信息，若发现T_m-1和T_m时间点基站的基本信息不同(主要是BSSID)，则将T_m到T_m-1的时间段取出，否则将不做任何处理，以此类推，找出所有应该发生切换的时间段T_h，然后按切换的精度要求在T_h再均匀设计K个采样时间点，记为 

(j＝1，2，3…..K)；重复步骤S1至S3直到得到足够精确合理切换时间。 

本发明相比背景技术具有以下优点： 

1、由于预测式的切换机制确保了航天器在规划好的切换时间接入制定地面基站中，这样就避免了在空间链路的复杂情况下因路径损 耗以及大气损耗以及其他突发情况下导致误切换或者乒乓切换的可能性，所以轨道预测式的移动IPv6接入协议确保了航天器的接入的效率与通信安全； 

2、将基于信号扫描的切换模式改为轨道信息预测式的切换策略可以将整个切换时间从400-800ms的时间缩短到几个ms，并且在切换时刻的精确度可以达到10^-5秒，这将大大减小航天器在切换时刻的丢包率并且较短的通信中断也可以提高通信质量，所以轨道信息预测式的移动IPv6接入协议确保了航天器接入的准确性及通信质量； 

3、在轨道信息预测式的移动IPv6切换中航天器按照既定的轨道与切换策略运行，并在不影响其他层协议性能的前提上简化了协议，特别是省去了有连接情况下链路可连接性扫描，在切换过程中也避免了航天器与地面基站之间频繁的信号扫描、信息交互，尤其降低了航天器的通信负担。所以轨道预测式的移动IPv6接入协议确保了航天器接入的稳定性，简洁性。 

附图说明

图1是基于轨道信息预测的移动IPv6接入方法数据链路层切换流程图。 

具体实施方式

本发明采用轨道信息预测的移动IPv6接入方法，满足非固定轨道航天器移动IPv6接入测控设施的要求。 

基于轨道信息预测的移动切换方案中数据链路层切换流程如图1所示。 

航天器与地面基站的数据链路层切换接入方式既可以是并行使用基于轨道信息预测的切换接入和现有切换接入的方式，也可以是以基于轨道信息预测的切换接入为主，现有切换接入为辅的方式。在所提出的基于轨道信息预测的移动切换方案中，定义数据链路层切换完成作为发起网络层切换的触发器，并将这类事件称为二层触发器(L2Trigger)。在航天器与接入地面基站正常通信阶段利用航天器的轨道信息和地面站位置信息，事先计算预测航天器与下一个地面站的接入时刻，航天器主动参与，定时主导数据链路层切换，切换接入新地 面基站，数据链路层切换完成后，利用二层触发器立即触发网络层开始切换。 

利用已知的航天器轨道信息和测控站地理位置信息，航天器节点完成数据链路层主动触发切换机制，即航天器节点在规划好的预测的切换时间来临的时候由数据链路层首先触发切换，并且预先将下一基站的各项参数读入航天器中(包括基站的数据传输速率，同步时间，可用信道等)，并同时触发网络层进行IPv6邻居发现，路由器发现动作，进行网络层连接建立。此部分将移动IP的网络层切换过程与数据链路层切换相结合，利用数据链路层触发网络层进行切换，必然将缩短移动节点漫游的整体切换过程。 

普通移动IP网络层切换主要包括三个步骤：移动检测、新转交地址配置和绑定更新。移动IP网络层需要判断是否发生了切换，才能进行相应处理，这个过程即为移动检测，基于轨道信息预测的移动IPv6切换方案中利用数据链路层触发的方法通知网络层开始发生切换，这样可以在连接的最初阶段就省去路由器请求报文和路由器通告报文交互通信，即省去了移动检测过程，释放了空间链路资源，缩短了时间。 

由于航天任务的重要性和航天器节点和地面基站的可控性，采用地址协商预留的方式替代重复地址检测，简化转交地址配置过程，缩短了网络层切换时的恢复时间。航天器并不是随机移动的，航天器和各个地面基站之间的连接是提前获知的，这个提前获知的与地面站连接的先验信息可以被移动主机用来向家乡代理注册，建立隧道，缩短了绑定更新时间。 

本发明包括步骤如下： 

①移动节点在初始化阶段进行精确地切换时间规划，并保存预切换节点的节点信息； 

(1)根据航天器与地面基站的基本信息，遍历所有AP的位置信息，该信息包括地面站的位置信息，BSS ID，可用信道等等； 

(2)由于得到了轨道信息，并且获知航天器总体通信时间T，那么根据切换要求的精度，在整个的通信时间T上选取N个时间点，将这N个时间点称为位置信息采样时间点，记为T_i(i＝1，2，3….N)； 

(3)根据航天器轨道信息，在每一个采样时刻T_i，遍历航天器所处位置与所有有可能接入地面站AP之间的距离，只要判断航天器在采样时间点T_i上的拥有最短传输距离的接入AP，就可以找出在当前采样点上的最佳接入接站，然后选择出该基站，并记录此基站的基本信息； 

(4)在搜索完全部航天器运行时间T之后，将得到每个采样时间点T_i上的最佳接入地面基站，并包括基站基本信息。此时从T₁开始，比较相邻两个采样时刻上的基站基本信息，若发现T_m-1和T_m时间点基站的基本信息不同(主要是BSS ID)，则将T_m到T_m-1的时间段取出，否则将不做任何处理，以此类推，找出所有应该发生切换的时间段T_h，然后按切换的精度要求在T_h再均匀设计K个采样时间点，记为 

(j＝1，2，3…..K)。再重复步骤(1)～(3)直到得到足够精确合理切换时间； 

②移动节点进入正常工作中，进行数据处理； 

③到达预定切换时间，由数据链路层触发，将保存在节点缓存中的预接入节点的基本信息读入移动节点中，并完成基本信息的切换； 

对于切换时间的规划，主要通过航天器轨道信息、航天器运行速度以及航天器实际通信覆盖范围的动态变化综合得到的；也就是利用航天器的综合信息合理规划切换时间； 

④按预测的可用信道，切换到地面基站的可用信道中； 

⑤将新基站纳入到可通信节点缓存中； 

⑥航天器移动节点与新接入基站认证； 

⑦航天器移动节点与新接入基站进行关联，在这里主要是进行速率，同步工作的协调商议，完成关联之后，航天器与地面基站恢复正常通信。 

Claims (2)

1.一种基于轨道信息预测的移动IPv6接入方法，其特征在于包括步骤：

①移动节点在初始化阶段进行精确地切换时间规划，并保存预切换节点的节点信息；

②移动节点进入正常工作中，进行数据处理；

③到达预定切换时间，由数据链路层触发，将保存在节点缓存中的预接入节点的基本信息读入移动节点中，并完成基本信息的切换；

④按预测的可用信道，切换到地面基站的可用信道中；

⑤将新基站纳入到可通信节点缓存中；

⑥航天器移动节点与新接入基站认证；

⑦航天器移动节点与新接入基站进行关联，在这里主要是进行速率，同步工作的协调商议，完成关联之后，航天器与地面基站恢复正常通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于轨道信息预测的移动IPv6接入方法，其特征在于：步骤①当中所述的切换时间规划包括以下步骤：

S1、根据航天器与地面基站的基本信息，遍历所有接入点(AP)的位置信息；

S2、由于得到了轨道信息，并且获知航天器总体通信时间T，那么根据切换要求的精度，在整个的通信时间T上选取N个时间点，将这N个时间点称为位置信息采样时间点，记为T_i(i＝1，2，3….N)，其中，T为整个轨道的通信时间，i为采样时间点，N为整个通信时间的采样点的集合；

S3、根据航天器轨道信息，在每一个采样时刻T_i，遍历航天器所处位置与所有有可能接入地面站AP之间的距离，只要判断航天器在采样时间点T_i上的拥有最短传输距离的接入AP，就可以找出在当前采样点上的最佳接入接站，然后选择出该基站，并记录此基站的基本信息；

S4、在搜索完全部航天器运行时间T之后，将得到每个采样时间点T_i上的最佳接入地面基站，并包括基站基本信息；此时从T₁开始，比较相邻两个采样时刻上的基站基本信息，若发现T_m-1和T_m时间点基站的基本信息不同，则将T_m到T_m-1的时间段取出，否则将不做任何处理，以此类推，找出所有应该发生切换的时间段T_h，然后按切换的精度要求在T_h再均匀设计K个采样时间点，记为

(j＝1，2，3…..K)；重复步骤S1至S3直到得到足够精确合理切换时间。