一種面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及空天信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法。在普通節(jié)點損壞時，采用局部路由重建和全局路由重建相結(jié)合的方式保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性，并快速恢復(fù)到最優(yōu)路徑；在管理衛(wèi)星損壞時，通過中軌衛(wèi)星層的多顆衛(wèi)星共同承擔(dān)管理衛(wèi)星的任務(wù)，保障控制信息的可靠傳輸；在節(jié)點可能擁塞時，通過額外代價的設(shè)置避免其轉(zhuǎn)發(fā)更多的數(shù)據(jù)，并通過強(qiáng)制路由保持原有業(yè)務(wù)的傳輸路徑，避免節(jié)點擁塞和業(yè)務(wù)路徑的頻繁變化。本發(fā)明能夠使網(wǎng)絡(luò)在發(fā)生突發(fā)狀況時保持一定的數(shù)據(jù)傳輸能力，提高了空天信息網(wǎng)絡(luò)的可靠性和抗毀能力。
【專利說明】一種面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空天信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空天信息網(wǎng)絡(luò)是一種包含了各種衛(wèi)星、臨近空間平臺、各種飛行器以及地面通信站等不同種類通信系統(tǒng)的綜合性通信網(wǎng)絡(luò)，可作為災(zāi)難、戰(zhàn)爭環(huán)境下的應(yīng)急通信系統(tǒng)，也可作為傳統(tǒng)地面通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]空天信息網(wǎng)絡(luò)的骨干節(jié)點由各種衛(wèi)星和臨近空間平臺組成，數(shù)據(jù)通過多跳無線信道傳輸。相對于有線信道，無線信道具有開放性，信息容易被截獲和干擾，面臨更大的安全威脅。相對于地面網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，衛(wèi)星和臨近空間平臺等通信設(shè)施成本較高，損壞后修復(fù)困難。并且由于空天信息網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域往往比較重要，網(wǎng)絡(luò)故障造成的影響較為嚴(yán)重。因此要求空天信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有較強(qiáng)的抗毀性和自我修復(fù)能力，使整個網(wǎng)絡(luò)在部分節(jié)點出現(xiàn)故障或者受到惡意攻擊時仍然保持一定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力。
[0004]除對故障設(shè)施進(jìn)行物理修復(fù)之外，常用的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計來保障網(wǎng)絡(luò)故障時的數(shù)據(jù)傳輸能力。通常在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的主要方法是使數(shù)據(jù)傳輸繞開出現(xiàn)故障的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，或者為網(wǎng)絡(luò)增加可用的中繼節(jié)點。
[0005]一些針對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)中考慮到了網(wǎng)絡(luò)的抗毀和路由的維護(hù)。當(dāng)檢測到網(wǎng)絡(luò)中有節(jié)點或鏈路失效時，通過路徑的重建對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修復(fù)。路徑重建方法包括部分路徑重建和全部路徑重建。部分路徑重建時，路由計算者收集被失效節(jié)點(或鏈路)影響的路由信息，在小范圍內(nèi)重新計算路由，使路徑繞過失效區(qū)域，保證業(yè)務(wù)正常傳輸。該方法收斂速度快，業(yè)務(wù)恢復(fù)時間短。但是，由于不能綜合全網(wǎng)信息，對于某種準(zhǔn)則(例如最短路徑)來說，新計算的路由很可能不是最優(yōu)的，從而降低了網(wǎng)絡(luò)性能。全部路徑重建方法是在網(wǎng)絡(luò)中部分設(shè)施故障時，繞開故障區(qū)域，重新發(fā)起路由查找過程，建立新路徑。這種方法保證了路由的最優(yōu)性，但是收集全網(wǎng)的狀態(tài)信息會影響路徑重建的速度。
[0006]面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法應(yīng)能夠在快速重建路徑的同時，保障新路由的最優(yōu)性。并且需要考慮網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵節(jié)點損壞時控制信息的傳輸保障以及避免由于部分節(jié)點擁塞造成的網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，能夠保障節(jié)點故障或擁塞狀況下的數(shù)據(jù)傳輸能力，有效提高空天信息網(wǎng)絡(luò)的可靠性和抗毀能力。
[0008]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為提供一種該方法包括以下步驟:
[0009]A、普通節(jié)點損壞時的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，采用局部路由重建和全局路由重建相結(jié)合的方式，所述局部重建是通過從上游節(jié)點到目的節(jié)點的局部路由重建，所述全局路由重建是通過管理衛(wèi)星來更新網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，在全網(wǎng)進(jìn)行全局的路由重建；
[0010]B、關(guān)鍵節(jié)點損壞時的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，通過中軌衛(wèi)星層的多顆衛(wèi)星共同承擔(dān)管理衛(wèi)星的任務(wù)；
[0011]C、節(jié)點擁塞時的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，通過額外代價的設(shè)置避免其轉(zhuǎn)發(fā)更多的數(shù)據(jù)，并通過強(qiáng)制路由保持原有業(yè)務(wù)的傳輸路徑。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟A包括以下步驟
[0013]Al、在所有骨干節(jié)點更新NIB之前，采用局部重建的路由來傳輸數(shù)據(jù)；
[0014]A2、在網(wǎng)絡(luò)中各骨干節(jié)點更新NIB之后，根據(jù)新的NIB繞開失效的鏈路和節(jié)點來計
算路由。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)骨干節(jié)點i發(fā)現(xiàn)其與節(jié)點j之間的鏈路(i, j)失效時，所述步驟A2包括以下步驟:
[0016]A20、( i, j)的上游節(jié)點i發(fā)起網(wǎng)絡(luò)維護(hù)過程，上游節(jié)點i更新自身的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息庫NIBJf (i，j)這條鏈路的額外代價設(shè)為Aij =c?，重新計算業(yè)務(wù)傳輸?shù)穆窂剑凑招碌穆窂睫D(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；
[0017]A30、上游節(jié)點i向管理衛(wèi)星發(fā)送失效消息ERROR，啟動全局路由重建過程，管理衛(wèi)星收到ERROR后，在NIB中將(i，j)這條鏈路的額外代價設(shè)為Au = c?，將計算結(jié)果通過管理衛(wèi)星發(fā)送到各個骨干節(jié)點；
[0018]A40、上游節(jié)點i在發(fā)送ERROR消息之后，周期性地發(fā)送HELLO消息。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟A40包括以下分步驟:
[0020]A41:如果i到j(luò)的鏈路恢復(fù)并且穩(wěn)定，上游節(jié)點i向管理衛(wèi)星發(fā)送一個鏈路恢復(fù)消息RECOVER，管理衛(wèi)星收到RECOVER消息后重置NIB中(i，j)這條鏈路的額外代價為Aij=0，并將NIB的更新部分發(fā)送給各骨干節(jié)點；
[0021]A42:如果節(jié)點j與所有鄰居之間的鏈路都失效，則網(wǎng)絡(luò)判斷節(jié)點j損壞，將其從NIB中刪除，減少路由計算時的計算量，并且鄰居節(jié)點也停止發(fā)送HELLO消息，減少不必要的開銷；
[0022]A43:如果節(jié)點j從故障中恢復(fù)，通過廣播HELLO消息來通知鄰居節(jié)點。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟B包括以下分步驟:
[0024]B1.當(dāng)某節(jié)點i發(fā)現(xiàn)鏈路其與管理衛(wèi)星之間的鏈路(i，g)失效時，i在與自身相連的中軌衛(wèi)星中選擇連接度最大的一個⑴作為管理節(jié)點，將需要發(fā)送給g的控制信息發(fā)送給mi，由mi完成此次控制信息的轉(zhuǎn)發(fā)，其中節(jié)點連接度根據(jù)NIB來獲得；
[0025]B2.1ni在收到i發(fā)來的控制信息后，判斷出鏈路(i，g)失效，將控制信息廣播給其連接的所有骨干節(jié)點；收到mi廣播的控制信息的節(jié)點包括同步衛(wèi)星、中軌衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星和臨近空間平臺等骨干節(jié)點，其中同步衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星和臨近空間平臺收到控制信息后只更新自身NIB，繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。中軌衛(wèi)星收到控制信息后，更新自身的NIB，并將控制信息繼續(xù)廣播給相鄰的骨干節(jié)點(包括同步衛(wèi)星)，并探測同步衛(wèi)星是否失效，將探測結(jié)果通過最短延時路徑發(fā)送到mi，如果鏈路失效，則發(fā)送ERROR消息，否則發(fā)送RECOVER消息，如果多數(shù)中軌衛(wèi)星與同步衛(wèi)星之間的鏈路失效，則判斷同步衛(wèi)星失效，由mi廣播同步衛(wèi)星失效通知；
[0026]B3.骨干節(jié)點收到衛(wèi)星失效通知后，當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)更新時，選擇與自身相連的節(jié)點連接度最大的中軌衛(wèi)星傳輸控制信息，當(dāng)同步衛(wèi)星從故障中恢復(fù)，或者備份衛(wèi)星開始工作，則中軌衛(wèi)星層廣播的同步衛(wèi)星恢復(fù)通知，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常狀態(tài)。
[0027]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述節(jié)點擁塞時的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)是根據(jù)節(jié)點隊列長度不同狀態(tài)對節(jié)點的擁塞進(jìn)行判斷和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)操作，所述節(jié)點擁塞包括無擁塞狀態(tài)、擁塞避免狀態(tài)及擁塞狀態(tài)。
[0028]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述隊列長度包括最小隊列長度minth、最大隊列長度maxth、平均隊列長度qavg、總隊列qlim ;當(dāng)qavg小于minth時,為無擁塞狀態(tài),不丟棄數(shù)據(jù)包；當(dāng)qavg在minth與Hiaxt h之間時，為擁塞避免狀態(tài)，以一定的概率隨機(jī)丟棄數(shù)據(jù)包；當(dāng)qavg大于maxth時,為擁塞狀態(tài),丟棄新到的數(shù)據(jù)包。
[0029]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，節(jié)點的擁塞狀態(tài)通過ERROR、WARRING和RECOVER等消息發(fā)送給管理衛(wèi)星，并通過額外代價的設(shè)置將擁塞狀態(tài)反映到NIB中；
[0030]對所有鏈路(j，i) e G，鏈路的額外代價根據(jù)隊列長度設(shè)置:
【權(quán)利要求】
1.一種面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: A、普通節(jié)點損壞時的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，采用局部路由重建和全局路由重建相結(jié)合的方式，所述局部重建是通過從上游節(jié)點到目的節(jié)點的局部路由重建，所述全局路由重建是通過管理衛(wèi)星來更新網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，在全網(wǎng)進(jìn)行全局的路由重建； B、關(guān)鍵節(jié)點損壞時的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，通過中軌衛(wèi)星層的多顆衛(wèi)星共同承擔(dān)管理衛(wèi)星的任務(wù); C、節(jié)點擁塞時的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，通過額外代價的設(shè)置避免其轉(zhuǎn)發(fā)更多的數(shù)據(jù)，并通過強(qiáng)制路由保持原有業(yè)務(wù)的傳輸路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，其特征在于:所述步驟A包括以下步驟 Al、在所有骨干節(jié)點更新NIB之前，采用局部重建的路由來傳輸數(shù)據(jù)； A2、在網(wǎng)絡(luò)中各骨干節(jié)點更新NIB之后，根據(jù)新的NIB繞開失效的鏈路和節(jié)點來計算路由。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，其特征在于:當(dāng)骨干節(jié)點i發(fā)現(xiàn)其與節(jié)點j之間的鏈路(i，j)失效時，所述步驟A2包括以下步驟: A20、(i, j)的上游節(jié)點i發(fā)起網(wǎng)絡(luò)維護(hù)過程，上游節(jié)點i更新自身的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息庫NIBJf (i，j)這條鏈路的額外代價設(shè)為Aij ?，重新計算業(yè)務(wù)傳輸?shù)穆窂?，并按照新的路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)； A30、上游節(jié)點i向管理衛(wèi)星發(fā)送失效消息ERROR，啟動全局路由重建過程，管理衛(wèi)星收到 ERROR后，在NIB中將(i，j)這條鏈路的額外代價設(shè)為Aij = ^?，將計算結(jié)果通過管理衛(wèi)星發(fā)送到各個骨干節(jié)點； A40、上游節(jié)點i在發(fā)送ERROR消息之后，周期性地發(fā)送HELLO消息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，其特征在于:所述步驟A40包括以下分步驟: A41:如果i到j(luò)的鏈路恢復(fù)并且穩(wěn)定，上游節(jié)點i向管理衛(wèi)星發(fā)送一個鏈路恢復(fù)消息RECOVER，管理衛(wèi)星收到RECOVER消息后重置NIB中(i，j)這條鏈路的額外代價為Aij = 0，并將NIB的更新部分發(fā)送給各骨干節(jié)點； A42:如果節(jié)點j與所有鄰居之間的鏈路都失效，則網(wǎng)絡(luò)判斷節(jié)點j損壞，將其從NIB中刪除，減少路由計算時的計算量，并且鄰居節(jié)點也停止發(fā)送HELLO消息，減少不必要的開銷； A43:如果節(jié)點j從故障中恢復(fù)，通過廣播HELLO消息來通知鄰居節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，其特征在于:所述步驟B包括以下分步驟: B1.當(dāng)某節(jié)點i發(fā)現(xiàn)鏈路其與管理衛(wèi)星之間的鏈路(i，g)失效時，i在與自身相連的中軌衛(wèi)星中選擇連接度最大的一個Hli作為管理節(jié)點，將需要發(fā)送給g的控制信息發(fā)送給IV由Hii完成此次控制信息的轉(zhuǎn)發(fā)，其中節(jié)點連接度根據(jù)NIB來獲得； B2.Hii在收到i發(fā)來的控制信息后，判斷出鏈路(i，g)失效，將控制信息廣播給其連接的所有骨干節(jié)點； B3.骨干節(jié)點收到衛(wèi)星失效通知后，當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)更新時，選擇與自身相連的節(jié)點連接度最大的中軌衛(wèi)星傳輸控制信息，當(dāng)同步衛(wèi)星從故障中恢復(fù)，或者備份衛(wèi)星開始工作，則中軌衛(wèi)星層廣播同步衛(wèi)星恢復(fù)通知，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，其特征在于:所述節(jié)點擁塞時的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)是根據(jù)節(jié)點隊列長度不同狀態(tài)對節(jié)點的擁塞進(jìn)行判斷和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)操作，所述節(jié)點擁塞包括無擁塞狀態(tài)、擁塞避免狀態(tài)及擁塞狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，其特征在于:所述隊列長度包括最小隊列長度minth、最大隊列長度maxth、平均隊列長度qavg、總隊列qlim ;當(dāng)qavg小于minth時,為無擁塞狀態(tài),不丟棄數(shù)據(jù)包；當(dāng)qavg在minth與maxth之間時,為擁塞避免狀態(tài)，以一定的概率隨機(jī)丟棄數(shù)據(jù)包；當(dāng)qavg大于Hiaxth時，為擁塞狀態(tài)，丟棄新到的數(shù)據(jù)包。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，其特征在于:節(jié)點的擁塞狀態(tài)通過ERROR、WARRING和RECOVER等消息發(fā)送給管理衛(wèi)星，并通過額外代價的設(shè)置將擁塞狀態(tài)反映到NIB中； 對所有鏈路(j，i) e G，鏈路的額外代價根據(jù)隊列長度設(shè)置:
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，其特征在于:所述步驟C包括以下分步驟: Cl、當(dāng)節(jié)點處于無擁塞狀態(tài)時，無需進(jìn)行維護(hù)，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)NIB計算路由，正常轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，如果節(jié)點是從其他狀態(tài)變?yōu)闊o擁塞狀態(tài)，則向管理衛(wèi)星發(fā)送RECOVER消息，其中的“鏈路源端”和“鏈路目的端”都設(shè)為該節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)按更新的NIB正常轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)； C2、當(dāng)節(jié)點i處于擁塞避免狀態(tài)時，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)避免該節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)更多的業(yè)務(wù)，但目前正在轉(zhuǎn)發(fā)的業(yè)務(wù)可以繼續(xù)。該骨干節(jié)點向管理衛(wèi)星發(fā)送一個WARRING消息，其中包含當(dāng)前所轉(zhuǎn)發(fā)信息的列表。管理衛(wèi)星收到WARRING之后，將NIB中所有目的端為i的鏈路的額外代價設(shè)為采用同步衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時的鏈路傳播延時De。即對所有鏈路(j，i) e G，有Aji = Dg ； C3、當(dāng)節(jié)點i處于擁塞狀態(tài)，則發(fā)送ERROR消息，使所有業(yè)務(wù)避開此節(jié)點。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向空天信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方法，其特征在于:所述NIB由鏈路傳播延時和鏈路額外代價構(gòu)成，將整個網(wǎng)絡(luò)抽象為一個加權(quán)有向圖G(V，E)。其中V是圖的頂點，表示網(wǎng)絡(luò)中骨干節(jié)點的集合，V= IV1, V2，…，VJ出是圖的邊，表示骨干節(jié)點之間的鏈路，E= {(V1, V2), (V11V3), -, (Vi, Vj) }，NIB可表示為由eij構(gòu)成的鄰接矩陣N，如公式⑵所示；
【文檔編號】H04L12/24GK103973561SQ201410181364
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】張欽宇, 吳偉強(qiáng), 陳培培, 羅冰妮, 王玉鵬, 張曼曼 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院