一種分布式星群網(wǎng)絡臨時組網(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)絡臨時組網(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)絡路由算法研究大都是針對單一衛(wèi)星星座系統(tǒng)所設(shè)計的，它 們利用衛(wèi)星網(wǎng)絡對地球的完全覆蓋性W及衛(wèi)星節(jié)點運行軌跡的可預測性設(shè)計QoS(Quality ofservice)保證的數(shù)據(jù)傳輸機制，W實現(xiàn)最小的傳輸時延等優(yōu)化目標。每個衛(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)星在任意時刻都能保持一定 的鏈路數(shù)量，進而保證網(wǎng)絡的連通性。特別是在多層衛(wèi)星星座系統(tǒng)中（GE0/ME0/LE0)，該些 精屯、設(shè)計的衛(wèi)星星座可W保證LEO層（低軌層）衛(wèi)星在任意時刻總能夠被至少一顆ME0層 (中軌層）衛(wèi)星覆蓋，同時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)絡中，任意兩顆衛(wèi)星節(jié)點間在任意時刻都存在至少一條通路。即使網(wǎng)絡 中有部分節(jié)點出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁塞或失效，一般也不會影響到網(wǎng)絡的連通性，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)點和它們的運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)點對之間的最優(yōu)路由表。
[0003] 然而，在實際衛(wèi)星系統(tǒng)運行過程中，當出現(xiàn)緊急事件或一些特殊需求時，可能需要 在多個不同星座系統(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。在該種情況 下，來自不同星座間的各種不同類型的衛(wèi)星會組成一個臨時的衛(wèi)星網(wǎng)絡。由于該種衛(wèi)星網(wǎng) 絡是在緊急情況下臨時組建的，所W隸屬于不同星座系統(tǒng)下的衛(wèi)星節(jié)點間存在較大的異構(gòu) 性。與此同時，在該種情況下，由于臨時組網(wǎng)構(gòu)建的分布式星群網(wǎng)絡中的衛(wèi)星節(jié)點來自于不 同的星座系統(tǒng)，且衛(wèi)星間的相對位置關(guān)系和軌道并不是經(jīng)過精確的組網(wǎng)計算得到的，因此 很難保證在任意時刻分布式星群網(wǎng)絡的連通性，極易出現(xiàn)信息孤島的情況。此時，網(wǎng)絡中的 節(jié)點只有在相遇時才能建立直接鏈路，該就使得網(wǎng)絡具有較為明顯的延遲容忍特性。在之 前所設(shè)計的分布式星群網(wǎng)絡路由算法中并沒有考慮出現(xiàn)信息孤島的情況，主要是針對單一 衛(wèi)星星座系統(tǒng)所設(shè)計的，因此無法直接應用到該種不同星座衛(wèi)星間臨時組網(wǎng)的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述實際系統(tǒng)中存在的問題，本發(fā)明旨在設(shè)計一種W分布式星群網(wǎng)絡中 臨時組網(wǎng)場景下可靠數(shù)據(jù)傳輸為核屯、目標，針對臨時網(wǎng)絡存在的間斷聯(lián)通，網(wǎng)絡不穩(wěn)定等 特點，設(shè)計一種與之相適應的端到端的數(shù)據(jù)傳輸方法。
[0005] 本發(fā)明提出一種分布式星群網(wǎng)絡臨時組網(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)絡初始化；當有緊急事件發(fā)生需要臨時組網(wǎng)時，參與該緊急事 件的組織機構(gòu)推選出一個管理者，每個組織機構(gòu)將自己所管理的星座系統(tǒng)中參與臨時組網(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構(gòu)發(fā)送來的參與臨時組網(wǎng)的衛(wèi)星 信息之后，將屬于同一組織機構(gòu)的衛(wèi)星看作是一個分簇；推選出的管理者所綁定的地面網(wǎng) 關(guān)根據(jù)參與臨時組網(wǎng)的衛(wèi)星的運行軌跡為每個分簇選出簇頭，分簇之間的信息傳輸由簇頭 來完成；計算出每個分簇的簇頭并生成路由表，管理者將每個分簇的簇頭和路由表信息分 發(fā)給各個星座的地面網(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 頭中再選出一個用于分簇內(nèi)通信的總簇頭節(jié)點，總簇頭節(jié)點計算分簇內(nèi)所有衛(wèi)星到各個簇 頭、W及各個簇頭到所有衛(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?shù)孛婵刂浦型?、有報文發(fā)送給一顆或多顆衛(wèi)星節(jié)點時，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，則將報文直接發(fā)送給所述衛(wèi)星；否則，任意找到一顆當前與 自身存在直接鏈路的衛(wèi)星作為入口衛(wèi)星，將報文發(fā)送給該入口衛(wèi)星；入口衛(wèi)星收到報文之 后，將其轉(zhuǎn)發(fā)給與自身跳數(shù)最少的一個簇頭節(jié)點，然后該簇頭節(jié)點查找路由表，將報文轉(zhuǎn)發(fā) 給分簇內(nèi)的目的節(jié)點；當收集衛(wèi)星節(jié)點監(jiān)測到的信息時，分簇內(nèi)的各個衛(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，總簇頭節(jié)點將收到的數(shù)據(jù)包進行信息融合，將融合后 的信息生成一個新的數(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?shù)谝环执氐牡?面控制中屯、跟第二分簇的地面控制中屯、進行通信時，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 維護的分簇內(nèi)路由表找到自己的負責分簇的簇頭節(jié)點之間的最優(yōu)路徑，并將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到 該簇頭節(jié)點；第一分簇中負責分簇的簇頭節(jié)點收到數(shù)據(jù)包后，將其轉(zhuǎn)發(fā)給第二分簇中負責 分簇的簇頭，由該簇頭查找到本分簇的出口衛(wèi)星節(jié)點，將其轉(zhuǎn)發(fā)給該出口衛(wèi)星節(jié)點，并最終 由該出口衛(wèi)星節(jié)點將其轉(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；當星 座內(nèi)有節(jié)點加入或退出時，該星座的地面網(wǎng)關(guān)重新計算受影響的部分路由表或重新選舉簇 頭；當有新的星座加入或已有的星座退出時，通知管理者，并由管理者的地面網(wǎng)關(guān)選舉出簇 頭并計算分簇間的路由表。
[0006] 進一步地，所述的一種分布式星群網(wǎng)絡臨時組網(wǎng)場景下的路由方法，其特征在于， 簇頭選舉時，首先假定臨時網(wǎng)絡中的分簇一共有k個，輸入臨時分簇中的k個分簇，初步設(shè) 定為兩個分簇之間只能進行直接通信；S101步驟，遍歷整個分簇集合，遍歷到當前分簇時 記為i;S102步驟，對于S101中的每一個分簇i，再一次遍歷整個分簇，遍歷到當前分簇時 記為j，使得分簇之間兩兩進行運算；S103步驟，初始化兩衛(wèi)星存在直接鏈路的時間長度 了"1。1= 0,兩衛(wèi)星等待相遇的時間為Tdeiw=°°間〇4步驟，首先對于分簇i，從GE0層節(jié)點到 LEO層節(jié)點的順序開始遍歷，記為Si,i;S105步驟，對于分簇i中的每一個節(jié)點S1，遍歷分 簇j中的每一個節(jié)點，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 間長度大于當前的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 鏈路存在的時間長度賦值給Tm";將S1記為分簇i對分簇j通信的簇頭，將Sj, 1記為分簇 j對分簇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 待時間小于當前的Tddw;則執(zhí)行S109,否則，不執(zhí)行賦值間09步驟，將當前時刻開始S1,1和 Sj,i之間相遇的等待時間賦值給Tddw;將S1,1記為分簇i對分簇j通信的簇頭，將SW記為 分簇j對分簇i通信的簇頭。
[0007] 進一步地，所述的一種分布式星群網(wǎng)絡臨時組網(wǎng)場景下的路由方法，其特征在于， 路由表生成時，假定臨時網(wǎng)絡中的分簇一共有k個，輸入臨時分簇中的k個分簇；但不在限 制兩個分簇之間只能進行直接通信；S201步驟，遍歷整個分簇集合，遍歷到當前分簇時記 為i;S202步驟，對于S201中的每一個分簇i，再一次遍歷整個分簇，遍歷到當前分簇時記 為j，使得分簇之間兩兩進行運算；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，遍歷整個分簇集，遍 歷到當前分簇時記為1 ;S206步驟，對于分簇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 頭進行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，并生成路由表，繼續(xù)遍歷。
[0008] 進一步地，所述的一種分布式星群網(wǎng)絡臨時組網(wǎng)場景下的路由方法，其特征在于， 衛(wèi)星節(jié)點與其他分簇的地面控制中屯、之間通信時，首先該衛(wèi)星節(jié)點將數(shù)據(jù)包發(fā)送到所在分 簇負責的簇頭節(jié)點，然后該簇頭節(jié)點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， 然后由目的分簇