CN105375974A - 面向移动卫星网络的低开销动态路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，其步骤为：S1：依据卫星网络的运行规律，预先计算所有快照的链路连接关系，获取各快照的链路状态更新增量；S2：当卫星网络中发生预知变化时，启用协议静态部分进行处理；S3：当卫星网络中发生非预知变化时，启用协议动态部分探测发生非预知变化的节点与链路，发现后向全网所有节点发布，全网各节点更新链路状态数据库，并计算出路由表。本发明具有能够降低***开销、提高卫星链路利用率、提高卫星网络稳定性等优点。

Description

面向移动卫星网络的低开销动态路由方法

技术领域

本发明主要涉及到移动卫星网络领域，特指一种面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，即一种用来处理预知变化和非预知变化关系的路由方法。

背景技术

当前，卫星网络发展非常迅速，各项技术越来越完善，从而在日常生活中得到很好的应用。卫星网络广泛运用于导航定位、气象预报、灾情预警、对地观测、资源勘探、通信广播、空间研究、军事应用等领域，成为现代网络发展中的重要组成部分。

卫星网络与地面网络存在着许多差异，针对这些差异，人们在对地面路由协议进行改进或者是在理论研究创新和实验仿真的基础上，研究出许多适合卫星网络的路由协议，使得其能够高效、稳定、可靠地运行。根据节点获取路由信息方式的不同，卫星网络可以分为两种：静态路由和动态路由。

静态路由运行机制是根据卫星运动的可预知性，将卫星网络的网络周期分为有限个较短的时间片，并认为在每个时间片内网络的拓扑是不变化的。这种路由机制的优点是***开销小、算法收敛时间短、效率高。缺点是静态路由本身无法做到实时更新，只能做到在一定范围内调节。

动态路由运行机制能够根据环境的变化实时地作出调整，这种调整是通过分析所收到的路由选择更新报文来实现的，以增加***开销为代价。动态算法的典型代表是最短路径路由。最短路径算法大体上分为距离向量算法和链路状态算法两类。

距离向量算法缺点是***开销大，收敛较慢。在卫星网络中拓扑变化是有规律可循，可以预知的，如果采用距离向量算法，卫星网络拓扑变化的规律和可预知性将被忽略，造成较大的***开销。

链路状态算法缺点主要表现在两个方面：首先，链路状态算法要求网络中每一个节点周期性地向全网广播链路状态数据包（Link-StatePacket，LSP），造成大量的***传输带宽开销；其次，链路状态算法要求节点保存全网的拓扑网络图，由于卫星网络拓扑变化频繁，导致拓扑状态图需要不断更新，从而使得网络节点的计算开销大大增加。

综上所述，上述传统方式存在的技术问题归纳如下：

1、静态路由如果使用在所有发生的变化均为预知的卫星网络中，则网络可以实现快速收敛，同时产生的网络开销也很小，但是，由于卫星在太空中运行经常会出现各种异常情况，导致提前计算的路由和网络状态不相匹配，此时，静态路由并不能发挥它的优势，网络需要重新计算路由，才能使得卫星之间可以正常通信。静态路由无法针对非预知变化做到实时更新，只能做到在一定范围内调节，因此，在网络出现故障时，将导致大量网络连接的断开、整体性能显著下降，甚至出现整个网络瘫痪。

2、动态路由在应对网络中各种变化时具有很强的灵活性，可以根据环境的变化实时地作出调整，但这种调整是通过分析收到的路由选择更新报文来实现的，是以增加***开销为代价的。动态路由并未区分预知变化和非预知变化，使得每一次的路由收敛均花费大量的时间，大大增加了***的开销，这种开销对于资源有限的卫星节点来说，是很大的浪费，同时给卫星的设计带来极大的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够降低***开销、提高卫星链路利用率、提高卫星网络稳定性的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，其步骤为：

S1：依据卫星网络的运行规律，预先计算所有快照的链路连接关系，获取各快照的链路状态更新增量；

S2：当卫星网络中发生预知变化时，启用协议静态部分进行处理；

S3：当卫星网络中发生非预知变化时，启用协议动态部分探测发生非预知变化的节点与链路，发现后向全网所有节点发布，全网各节点更新链路状态数据库，并计算出路由表。

作为本发明的进一步改进：在上述步骤中，如果整个周期内的运行并未发生非预知变化，快照依照快照时间点进行切换，实现了整个网络的正确运行。

作为本发明的进一步改进：在上述步骤开始之前，还包括预处理阶段，先设置参数、获取原始数据，并配置卫星节点、IP地址、接口信息；然后生成拓扑信息、链路控制信息、链路状态更新增量。

作为本发明的进一步改进：在上述步骤S1中，提前计算所有快照的链路连接关系，将后一快照再与前一快照的链路连接关系进行比较，以获取它的链路中的增加部分和删除部分，从而得到链路状态更新增量。

作为本发明的进一步改进：在上述步骤S2中，启用时钟以计算快照运行时间，当到达快照切换点时，调用下一快照的链路状态更新增量。

作为本发明的进一步改进：所述方法以地面站作为处理中心。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S3中，如果卫星网络在运行过程中发生了非预知性的变化时，即拓扑发生了非预期变化，将会导致当前路由表无法在网络中正确运行，此时网络中的节点将探测发生的变化，探测到变化的节点将向其所有邻居发送相关信息，之后该信息将会在全网进行泛洪。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，可以降低***的通信开销、存储开销，提高卫星链路利用率，缩短网络收敛时间，从而使得卫星网络更加高效、稳定、可靠。

2、本发明的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，针对静态路由不能有效应对所发生的非预知变化进行了改进，借鉴动态路由处理变化的方法，引进动态处理部分，使得协议具备了处理各种变化的能力。本发明可以实现网络的快速收敛，***产生开销也较小，避免了因网络故障导致整体性能下降，甚至是瘫痪，从而增强了网络健壮性。

3、本发明的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，区分了预知变化和非预知变化。预知变化可以根据卫星的运行规律提前获知，而非预知变化无法提取预知，它是在卫星运行过程中随时可能因为某一特殊原因发生，如果两种变化并不区别对待，将会造成许多已知信息作用无法发挥，从而导致宝贵的卫星资源的极大浪费。针对这种情况，通过综合静态路由和动态路由的优点，采取预知变化使用静态路由和非预知变化使用动态路由处理的方式，使得具有更强的适应性和灵活性，从而极大地提高了***的应变能力。

附图说明

图1是本发明方法在具体应用实例中的流程示意图。

图2是使用本发明方法后在具体应用中的拓扑结构示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，能够应用于面向移动卫星网络的低开销动态路由协议（Lowcostdynamicroutingprotocolformobilesatellitenetworks），其具体步骤为：

S1：依据卫星网络的运行规律，预先计算所有快照的链路连接关系，获取各快照的链路状态更新增量；所述卫星网络的运行规律是预先就可以根据实际应用所知晓的，链路连接关系也是提前计算得到。

S2：当卫星网络中发生预知变化时，启用协议静态部分进行处理。即，如果发生拓扑预期变化，则调用当前快照预置路由；

S3：当卫星网络中发生非预知变化时，启用协议动态部分探测发生非预知变化的节点与链路，发现后向全网所有节点发布，全网各节点更新链路状态数据库，并计算出路由表。即，如果卫星网络在运行过程中发生了非预知性的变化时（拓扑发生了非预期变化），将会导致当前路由表无法在网络中正确运行，此时网络中的节点将探测发生的变化，探测到变化的节点将向其所有邻居发送相关信息，之后该信息将会在全网进行泛洪。在这过程中，是将链路状态宣告（LinkStateAdvertisement，LSA）向所有的邻居节点发送，接收到LSA的节点更新链路状态数据库后转发刚接收到的变化，如此循环，直至整个网络中所有节点的链路状态数据库（LinkStateDataBase，LSDB）达到一致。

在上述步骤中，如果整个周期内的运行并未发生非预知变化，快照将依照快照时间点进行切换，实现了整个网络的正确运行。

在上述步骤开始之前，还包括预处理阶段，先设置参数、获取原始数据，并配置卫星节点、IP地址、接口信息等；然后生成拓扑信息、链路控制信息、链路状态更新增量。

在上述步骤S1中，需要提前计算所有快照的链路连接关系，将后一快照再与前一快照的链路连接关系进行比较，以获取它的链路中的增加部分和删除部分，从而得到链路状态更新增量。

在上述步骤S2中，需要启用时钟以计算快照运行时间，当到达快照切换点时，调用下一快照的链路状态更新增量。

在具体应用实例中，本发明的方法主要是以地面站作为处理中心，该地面站要求具备很强的计算能力，以实现快速的应变能力。卫星网络各节点要求具有一定的计算能力。

在一个具体应用实例中，采用本发明的方法后，本发明在LSR（LinkStateRouting）基础上增加LSA预置模块和拓扑变化处理模块，从而实现了对预知变化和非预知变化的区别处理。

本发明首先使用STK模拟卫星网络运行，生成实验所需的卫星运行数据，同时配置卫星节点编号、Route-id、接口地址等，生成卫星网络运行的所有快照、Core链路控制文件和链路状态更新增量，其中链路状态更新增量包括Router-LSA和Network-LSA的更新增量。

启动Core平台与LCDRP协议，利用之前生成的信息对Core场景进行控制。

LCDRP协议内部事件模块启动定时器，到达快照的预知变化时间点后，控制LSA预置模块依照快照的顺序切换预先计算出的链路状态更新增量，得到相应的LSDB，调用SPF算法模块生成快照路由表；

如果发生了非预知变化，网络接口管理模块及时探测发现，而拓扑变化处理模块及时捕获网络接口管理模块的变化状态，迅速更新发现异常变化的节点的LSDB，同时将LSA报文转发给网络上的其他节点，如果接收到来自网络上其他节点的报文，则也相应地修改LSDB，并将接收到的报文向邻居转发，最终达到网络中各节点LSDB一致，从而实现了网络的重新收敛。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，其特征在于，步骤为：

S1：依据卫星网络的运行规律，预先计算所有快照的链路连接关系，获取各快照的链路状态更新增量；

S2：当卫星网络中发生预知变化时，启用协议静态部分进行处理；

S3：当卫星网络中发生非预知变化时，启用协议动态部分探测发生非预知变化的节点与链路，发现后向全网所有节点发布，全网各节点更新链路状态数据库，并计算出路由表。

2.根据权利要求1所述的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，其特征在于，在上述步骤中，如果整个周期内的运行并未发生非预知变化，快照依照快照时间点进行切换，实现了整个网络的正确运行。

3.根据权利要求1所述的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，其特征在于，在上述步骤开始之前，还包括预处理阶段，先设置参数、获取原始数据，并配置卫星节点、IP地址、接口信息；然后生成拓扑信息、链路控制信息、链路状态更新增量。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，其特征在于，在上述步骤S1中，提前计算所有快照的链路连接关系，将后一快照再与前一快照的链路连接关系进行比较，以获取它的链路中的增加部分和删除部分，从而得到链路状态更新增量。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，其特征在于，在上述步骤S2中，启用时钟以计算快照运行时间，当到达快照切换点时，调用下一快照的链路状态更新增量。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，其特征在于，所述方法以地面站作为处理中心。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的面向移动卫星网络的低开销动态路由方法，其特征在于，所述步骤S3中，如果卫星网络在运行过程中发生了非预知性的变化时，即拓扑发生了非预期变化，将会导致当前路由表无法在网络中正确运行，此时网络中的节点将探测发生的变化，探测到变化的节点将向其所有邻居发送相关信息，之后该信息将会在全网进行泛洪。