【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及多層低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)，具體涉及基于sdn的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法。
技術(shù)介紹
1、相比于地面通信網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)作為其補充的重要手段，具有覆蓋范圍廣闊、不受地理限制、高可靠性、可以實現(xiàn)靈活部署和調(diào)整、豐富的服務(wù)類型等優(yōu)點，能夠為自然災(zāi)害等緊急情況、地面通信網(wǎng)絡(luò)無法到達(dá)的區(qū)域等提供穩(wěn)定、泛在、可靠、緊急的通信服務(wù)。衛(wèi)星路由作為大規(guī)模衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間互聯(lián)互通的基礎(chǔ)，其影響整個網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量和傳輸速率。
2、在多層低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，考慮到不同層衛(wèi)星軌道傾角、星座構(gòu)型不同，層間拓?fù)潢P(guān)系動態(tài)性大，需要解決跨層路由機制問題。此外地面業(yè)務(wù)量分布不均勻，可能導(dǎo)致路由過程中因擁塞導(dǎo)致的丟包、時延過長等問題。
3、針對上述問題，早期的多層低軌衛(wèi)星跨層路由采用矢量分段路由技術(shù)，如呂若晨等人在題為“衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究”(西安電子科技大學(xué),2022.001129)提出的一種低開銷矢量分段路由技術(shù)，將路由過程分解為同層路由區(qū)區(qū)內(nèi)路由過程、同層路由區(qū)區(qū)間路由過程和跨層路由過程。周宇等人在“天基網(wǎng)絡(luò)的分布式路由研究及其自主化等級探討”(中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院),2022.000007.)中采取局部洪泛的方式，讓每顆衛(wèi)星周期性的收集鏈路信息，以更新路由表。李銳等人在“多層空間混合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與路由設(shè)計”提出的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要關(guān)注跨層鏈路和同層鏈路使用的激光-微波技術(shù)[中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院),2023.000007.]
4、徐小濤等人在
5、近期，也有學(xué)者使用隨機幾何分析低軌衛(wèi)星跨層路由過程，并給出了相應(yīng)的算法。ruibo?wang等人在“stochastic?geometry-based?low?latency?routing?in?massive?leosatellite?networks”中首次使用隨機幾何分析路由過程，并得到了路由中斷概率的解析表達(dá)式(“stochastic?geometrybased?low?latency?routing?in?massive?leo?satellitenetworks,”ieee?transactions?on?aerospace?and?electronic?systems.,vol.58,no5,pp.3881-3894,oct.2022.)。
6、mustafa?a.kishk等人在“reliability?analysis?of?multi-hop?routing?inmulti-tier?leo?satellite?networks”文章中將路由的性能分析擴(kuò)展到了多層，并分析了路由過程的可靠性“reliability?analysis?of?multi-hop?routing?in?multi-tier?leosatellite?networks,”(ieee?transactions?on?wireless?communications.,vol.23,no.3,pp.1959-1973,march?2024。)上述研究也提出了能夠使傳播時延接近最優(yōu)的nearestneighbor路由策略。)
7、在上述現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)考慮在多層衛(wèi)星間路由時，由于衛(wèi)星與不同層的衛(wèi)星連接關(guān)系不確定，導(dǎo)致需要借助星歷或通過地面集中控制的方式計算路由表。部分研究使用meo衛(wèi)星負(fù)責(zé)管理區(qū)域內(nèi)的多層衛(wèi)星和計算路由表。但路由過程中需要leo衛(wèi)星臨時向meo衛(wèi)星請求跨層路由表，造成額外的時延。且需要meo衛(wèi)星收集全網(wǎng)鏈路狀態(tài)信息，信令開銷大。
8、在設(shè)計多層低軌衛(wèi)星跨層路由的基礎(chǔ)上，需要考慮選擇路由中繼衛(wèi)星的隊列長度，以避免較大的排隊時延甚至丟包。當(dāng)前研究所提的流量繞行方案主要基于單層低軌衛(wèi)星的軌道連接關(guān)系，繞行的選擇較少。此外，由于地面業(yè)務(wù)分布不均勻，路由在經(jīng)過這些區(qū)域時可能需要多次繞行，甚至形成環(huán)路。本方案給出的路由策略及擁塞規(guī)避方案，可保證較低排隊時延的同時，不會形成環(huán)路。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供一種基于sdn的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，基于多層低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由場景，針對路由過程中的負(fù)載均衡、擁塞規(guī)避提出路由策略，在網(wǎng)絡(luò)中，信關(guān)站作為控制平面，路由開始前，信關(guān)站收集地面用戶的數(shù)據(jù)包，由于全球業(yè)務(wù)分布不均和突發(fā)業(yè)務(wù)的存在，中繼衛(wèi)星的隊列長度差異很大，信關(guān)站需要周期性收集衛(wèi)星排隊信息，得到下一跳選擇的衛(wèi)星的排隊長度，以減少排隊延遲和擁塞概率，之后，信關(guān)站路由表將數(shù)據(jù)包一起上傳到源衛(wèi)星，在路由過程中，衛(wèi)星僅作為數(shù)據(jù)平面，根據(jù)路由表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)衛(wèi)星。
2、本專利技術(shù)所述基于sdn的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，包括以下步驟：
3、步驟1.構(gòu)建衛(wèi)星與排隊模型及衛(wèi)星路由中斷概率分析；
4、步驟2.信關(guān)站周期性的收集衛(wèi)星信息；
5、步驟3.設(shè)置信關(guān)站作為集中控制器，信光站基于源、目的衛(wèi)星距離計算路由跳數(shù)及路由搜索半徑；
6、步驟4.信關(guān)站根據(jù)當(dāng)前路由區(qū)域的擁塞程度，調(diào)整路由區(qū)域的選擇；
7、步驟5.信關(guān)站根據(jù)當(dāng)前路由區(qū)域的劃定，根據(jù)排隊時延、傳播時延計算路徑生成路由表，將路由表上傳給源衛(wèi)星；
8、進(jìn)一步的，步驟1中，所述構(gòu)建衛(wèi)星與排隊模型及衛(wèi)星路由中斷概率分析，具體包括：
9、步驟1.1構(gòu)建衛(wèi)星分布模型
10、使用球面上的泊松點過程建模衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)泊松點過程的定義，面積為s的區(qū)域有n個衛(wèi)星的概率，按照下式(1)計算：
11、
12、其中,λ為衛(wèi)星密度,對于第i層衛(wèi)星，假設(shè)其軌道高度為hi，衛(wèi)星總數(shù)為ns,i，地球半徑為則在半徑為rsearch范圍內(nèi)衛(wèi)星數(shù)為ni的概率，以下式(2)計算：
13、
14、步驟1.2構(gòu)建衛(wèi)星排隊模型
15、使用排隊論中的m/m/1/n模型對衛(wèi)星排隊長度建模，假設(shè)衛(wèi)星上最大隊列長度為l，衛(wèi)星數(shù)據(jù)包處理速度為μ，衛(wèi)星數(shù)據(jù)包接收速度為λ，衛(wèi)星上排隊長度為n的概率，按照下式(3)計算：
16、
17、當(dāng)n＝l時，認(rèn)為衛(wèi)星處于擁塞狀態(tài)，不能接收其他衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)包；
18、步驟1.3衛(wèi)星路由中斷概率分析
19、不考慮衛(wèi)星擁塞導(dǎo)致的中斷時，第i層沒有衛(wèi)星的概率，如下式(4)：
20、
21、則，在單次路由搜索區(qū)域內(nèi)，未找到衛(wèi)星的概率為所有層均沒有衛(wèi)星的概率，如下式(5)：
22、
23、進(jìn)一步的，步驟2中，信關(guān)站周期性的收集衛(wèi)星信息：
24、信關(guān)站需要收集衛(wèi)星在進(jìn)入路由的搜索范圍后的端口排隊長度，將其作為當(dāng)路由任務(wù)到達(dá)信關(guān)站后選擇衛(wèi)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種基于SDN的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，包括以下步驟：
2.按照權(quán)利要求1所述基于SDN的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，步驟1中，所述構(gòu)建衛(wèi)星與排隊模型及衛(wèi)星路由中斷概率分析，具體包括：
3.按照權(quán)利要求1所述基于SDN的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，步驟2中，信關(guān)站周期性的收集衛(wèi)星信息：
4.按照權(quán)利要求1所述基于SDN的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，步驟3中，具體包括：
5.按照權(quán)利要求1所述基于SDN的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，步驟4中，所述信關(guān)站根據(jù)當(dāng)前路由區(qū)域的擁塞程度，調(diào)整路由區(qū)域的選擇如下：
6.按照權(quán)利要求1所述基于SDN的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，步驟5中，信關(guān)站根據(jù)當(dāng)前路由區(qū)域的劃定，根據(jù)排隊時延、傳播時延計算路徑生成路由表，將路由表上傳給源衛(wèi)星:在每跳路由的選擇范圍內(nèi)，優(yōu)先選擇排隊長度最短的衛(wèi)星，如果存在排隊長度相同的多個衛(wèi)星，選擇與最優(yōu)中繼位置最近的衛(wèi)星。
7.按照權(quán)利要求1所述基于SDN的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，步驟5中，信關(guān)站根據(jù)當(dāng)前路由區(qū)域的劃定，根據(jù)排隊
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于sdn的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，包括以下步驟：
2.按照權(quán)利要求1所述基于sdn的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，步驟1中，所述構(gòu)建衛(wèi)星與排隊模型及衛(wèi)星路由中斷概率分析，具體包括：
3.按照權(quán)利要求1所述基于sdn的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，步驟2中，信關(guān)站周期性的收集衛(wèi)星信息：
4.按照權(quán)利要求1所述基于sdn的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，步驟3中，具體包括：
5.按照權(quán)利要求1所述基于sdn的多層低軌衛(wèi)星擁塞規(guī)避路由方法，步驟4中，所述信關(guān)站根據(jù)當(dāng)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張佳鑫，張易隆，劉暢，徐少翔，謝佳屹，王國全，張興，胡春靜，
申請(專利權(quán))人：北京郵電大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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