基于區(qū)域劃分的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星間鏈路故障恢復(fù)方法
【專利摘要】基于區(qū)域劃分的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星間鏈路故障恢復(fù)方法，首先通過將鏈路故障概率添加到路徑代價公式中，以此避開故障率較高的鏈路，盡可能的使業(yè)務(wù)所選擇的路徑不會發(fā)生故障；然后將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)劃分為8個不同的區(qū)域，監(jiān)測衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?dāng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)鏈路故障后，在一個小范圍的區(qū)域中，進(jìn)行重路由，為故障鏈路尋找合適的替代路徑，所有經(jīng)過故障鏈路的業(yè)務(wù)都可以通過替代路徑轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)區(qū)域內(nèi)無合適的替代路徑時，采用帶有限制條件的洪泛法，發(fā)送洪泛信息，為業(yè)務(wù)尋找合適的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。本方法使得衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)盡量避開故障鏈路，而發(fā)生鏈路故障后，可以快速查找替代路徑，縮小鏈路故障恢復(fù)所需時延，降低資源浪費(fèi)，從而大大提升衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的通信效率。
【專利說明】基于區(qū)域劃分的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星間鏈路故障恢復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低軌衛(wèi)星之間鏈路故障恢復(fù)的方法，屬于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。特別是涉及一種低軌道衛(wèi)星在運(yùn)行過程中的鏈路故障問題，通過引入鏈路代價計算公式，調(diào)控網(wǎng)絡(luò)流量的選路，盡量避開故障率較高的鏈路；通過實(shí)施區(qū)域劃分，在較小范圍內(nèi)為故障鏈路進(jìn)行重路由以查找替代路徑，降低對經(jīng)過故障鏈路的業(yè)務(wù)的影響。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)因其靈活的全球通信能力已經(jīng)成為下一代網(wǎng)絡(luò)和星際網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分。作為未來通信的關(guān)鍵，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)無論是在通信研究、太空探索，還是軍事應(yīng)用上，都具有非常重要的地位。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)具有高動態(tài)拓?fù)洹⑻幚碓O(shè)施有限、存儲空間有限等特性，這些限制使得現(xiàn)有的地面網(wǎng)絡(luò)的一些理論方法無法在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用，并使得設(shè)計高效的路由算法具有很大的困難。此外，在情況復(fù)雜的外太空，硬件損壞、電磁干擾、軍事破壞、距離變化、能源攜帶有限等，都很有可能導(dǎo)致衛(wèi)星的損壞或故障，這些都會對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的通信造成很大的影響。低軌衛(wèi)星一般運(yùn)行在500-2000千米高的軌道上，其修復(fù)的成本很高，且修復(fù)耗時較長。因此，為了能夠降低衛(wèi)星故障對于衛(wèi)星通信的影響，快速恢復(fù)鏈路故障，對于衛(wèi)星的星間鏈路的故障恢復(fù)工作的研究是非常重要的。
[0003]目前對于星間鏈路故障的恢復(fù)研究中，有研究提出用洪泛法解決問題，但是由于洪泛法發(fā)送的洪泛信息沒有限制，其開銷較大，會對網(wǎng)絡(luò)資源造成浪費(fèi)，且僅對于故障鏈路較少的情況比較適用。而且當(dāng)故障鏈路附近沒有能夠到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑時，其所查找到的路徑存在時延過大的現(xiàn)象。通過文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，星間鏈路故障與衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的硬件性能以及所處外太空環(huán)境有關(guān)，因此鏈路發(fā)生故障是存在一定的概率的，目前還沒有路由算法將鏈路故障的概率考慮進(jìn)去。
[0004]因此，我們需要針對鏈路的故障，提出開銷較小、適應(yīng)多條鏈路故障的鏈路故障恢復(fù)策略。同時，提出一種鏈路故障的概率模型，針對此模型改進(jìn)路由算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種基于區(qū)域劃分的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星間鏈路故障恢復(fù)方法，用以解決衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的星間鏈路故障對通信帶來的影響。并提出鏈路的故障率模型，針對該模型改進(jìn)路由代價計算公式，以盡量避開故障率較高的鏈路。與其他星間鏈路故障解決方案相比，本方案注重在較小區(qū)域內(nèi)完成對鏈路故障的恢復(fù)，信令開銷小、適應(yīng)性強(qiáng)，可有效降低丟包率，并解決鏈路故障所造成的時延問題。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的方法是通過提出故障率模型，將故障率添加到路由尋路的代價公式中，盡量避開為業(yè)務(wù)選擇故障率較高的鏈路。并通過對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域劃分，從而在鏈路發(fā)生故障時，在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行重路由，為故障鏈路查找可行的替代路徑。當(dāng)區(qū)域內(nèi)重路由不可行時，啟動帶有限制條件的洪泛法，通過為洪泛信令添加跳數(shù)限制來減少資源開銷、提高通信效率。[0007]一、體系結(jié)構(gòu)
[0008]本方法主要分為兩個部分，一是故障鏈路避免:故障未發(fā)生時，按照故障概率，盡量選擇故障率低的鏈路進(jìn)行信息傳輸；二是故障鏈路恢復(fù):鏈路發(fā)生故障后，在較小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行故障恢復(fù)。
[0009]故障鏈路避免:假設(shè)有η個衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)從I到η進(jìn)行編號，用Link。表示衛(wèi)星i和衛(wèi)星j之間的鏈路，該段鏈路的故障概率為Pu。為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由計算時，普遍采用的是以時延為鏈路的權(quán)值，用Delay。表示星間鏈路Linku的時延，則路徑代價公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于區(qū)域劃分的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星間鏈路故障恢復(fù)方法，其特征在于該故障恢復(fù)方法的具體執(zhí)行步驟如下: 步驟1.收集鏈路狀態(tài)信息，并加載鏈路故障率模型； 步驟2.根據(jù)所收集到的鏈路狀態(tài)信息表，使用集中式路由算法，根據(jù)改進(jìn)后的代價公式Metric = Σ (l^Py+l) =I=DelayiJ來計算并得到路由表；其中，衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)i和衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)j故障概率為Pi^ k為任意大于O的常數(shù)，Delayijj表示星間鏈路LinkiJ的時延， 步驟3.對于所有的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)i屬于區(qū)域S，l<i<n，l<S<8，則將步驟2中計算所得到的路由表以及區(qū)域S中的鏈路狀態(tài)信息表發(fā)送到衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)i ; 步驟4.根據(jù)路由表所得路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)包發(fā)送工作，并同時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)渥兓闆r；步驟5.通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔O(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)無拓?fù)渥兓瑒t轉(zhuǎn)步驟4，繼續(xù)進(jìn)行拓?fù)浔O(jiān)測，否則繼續(xù)下面步驟； 步驟6.檢查引發(fā)拓?fù)渥兓氖欠袷擎溌饭收蠁栴}，如果不是鏈路故障問題，則說明正常的星間鏈路切換引起了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，路由表需要重新計算，轉(zhuǎn)步驟12 ;如果是鏈路故障問題，則繼續(xù)下面步驟； 步驟7.根據(jù)故障鏈路兩端的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，判斷故障鏈路屬于區(qū)域內(nèi)故障鏈路還是區(qū)域間故障鏈路，若為區(qū)域間故障鏈路，轉(zhuǎn)步驟10，若為區(qū)域內(nèi)故障鏈路，繼續(xù)下面步驟； 步驟8.啟動區(qū)域內(nèi)的路由，根據(jù)區(qū)域鏈路狀態(tài)信息表，快速的為故障鏈路查找替代路徑，進(jìn)行鏈路故障恢復(fù)； 步驟9.如果替代路徑查找成功，則保存替代路徑并將所有經(jīng)過故障鏈路的數(shù)據(jù)包通過替代路徑進(jìn)行傳送，并轉(zhuǎn)步驟4，繼續(xù)拓?fù)浔O(jiān)測工作，否則，繼續(xù)下面步驟； 步驟10.啟用帶限制條件的洪泛法，即為洪泛信息添加生命值life，洪泛信息最多可被轉(zhuǎn)發(fā)life次；若仍未收到成功應(yīng)答信息，則放棄當(dāng)前方向的探測；當(dāng)前節(jié)點(diǎn)無法通過故障鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)包，故當(dāng)前節(jié)點(diǎn)通過向鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送洪泛信息，來探測能將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)； 步驟11.如果發(fā)送洪泛信息的節(jié)點(diǎn)收到成功應(yīng)答信息，則將數(shù)據(jù)包發(fā)送到應(yīng)答衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟4，繼續(xù)拓?fù)浔O(jiān)測工作，如果直到最后都沒有收到成功應(yīng)答信息，則丟棄數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)步驟4，繼續(xù)拓?fù)錂z測工作； 步驟12.由于拓?fù)渥兓?，本次路由過程結(jié)束。
【文檔編號】H04B17/40GK103986512SQ201410183103
【公開日】2014年8月13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】葉曉國, 馬連杰, 王汝傳, 周劍, 孫力娟, 肖甫 申請人:南京郵電大學(xué)