本發(fā)明涉及空間信息網(wǎng)絡(luò)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)快照路由優(yōu)化方法，特別是面向?qū)崟r(shí)業(yè)務(wù)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)快照路由優(yōu)化。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣，不受地面條件約束等優(yōu)勢，在遠(yuǎn)程通信和搶險(xiǎn)救災(zāi)等方面具有特殊的地位，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全球覆蓋的重要途徑。與geo(geostationaryearthorbit，靜止軌道)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)相比，中、低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等ngeo(non-geostationaryearthorbit，非靜止軌道)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)具有傳播時(shí)延小、功耗低等優(yōu)勢。

然而，在ngeo衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星不斷地繞軌道運(yùn)動，isl(inter-satellitelink，星間鏈路)通斷狀態(tài)、傳播時(shí)延等不斷變化，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓叨葎討B(tài)變化。為了適應(yīng)這種時(shí)變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌琻geo衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由必須進(jìn)行頻繁地切換。網(wǎng)絡(luò)頻繁的路由切換會給實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)帶來較大的時(shí)延抖動，甚至引起業(yè)務(wù)的中斷，嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

快照路由算法是一種典型的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)路由算法。通過利用衛(wèi)星運(yùn)動的可預(yù)測性和周期性，將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)拓?fù)鋭澐譃橐幌盗型負(fù)淇煺盏难h(huán)，每個(gè)快照內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇闯墒枪潭ú蛔兊??？煺章酚伤惴▽㈩A(yù)先計(jì)算好的各個(gè)快照的路由表上傳到衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在快照切換時(shí)刻更新路由表即可。然而，傳統(tǒng)快照路由算法對每個(gè)快照采用最短路徑算法等計(jì)算路由，存在以下缺陷：

(1)僅僅考慮了每個(gè)快照內(nèi)任意衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)對之間的最優(yōu)路由，快照之間的路由獨(dú)立計(jì)算，沒有考慮快照頻繁切換的問題。

(2)從業(yè)務(wù)角度來看，業(yè)務(wù)從開始到結(jié)束可能經(jīng)歷多個(gè)快照，其路由仍然會經(jīng)歷頻繁的切換。頻繁的路由切換給實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)帶來較大的時(shí)延抖動，甚至導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可有效保證在優(yōu)化區(qū)間內(nèi)鏈路穩(wěn)定，從而保證在優(yōu)化區(qū)間內(nèi)傳輸穩(wěn)定，減少路由切換，降低由路由切換帶來的時(shí)延抖動和業(yè)務(wù)中斷的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)快照路由優(yōu)化方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)快照路由優(yōu)化方法，包括如下步驟：

s1.根據(jù)衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖煽煺眨?/p>

s2.根據(jù)預(yù)設(shè)的優(yōu)化期望、預(yù)設(shè)的平均業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)長和單個(gè)快照的持續(xù)時(shí)長確定疊加快照數(shù)目的最終值；

s3.對所述最終值所確定的快照進(jìn)行疊加，得到目標(biāo)拓?fù)?，并確定目標(biāo)拓?fù)涞逆溌窓?quán)重，通過所述目標(biāo)拓?fù)溆?jì)算路由。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s1中采用非等時(shí)間間隔劃分方法生成快照。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述非等時(shí)間間隔劃分方法為當(dāng)衛(wèi)星的星間鏈路發(fā)生變化時(shí)，生成一個(gè)快照。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s2的具體步驟包括：

s2.1.根據(jù)預(yù)設(shè)的優(yōu)化期望、預(yù)設(shè)的平均業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)長計(jì)算優(yōu)化區(qū)間；

s2.2.確定在所述優(yōu)化區(qū)間內(nèi)所包含的、且能保證疊加快照的鏈路次構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲腥我鈨晒?jié)點(diǎn)之間互相可達(dá)的快照數(shù)目的最大值，即最終值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s2.2的具體步驟包括：

s2.2.1.根據(jù)所述優(yōu)化區(qū)間內(nèi)所包含的連續(xù)快照數(shù)目，即所述疊加快照數(shù)目的理想值；

s2.2.2.確定可保證任意節(jié)點(diǎn)之間相互可達(dá)的疊加快照數(shù)目的上限值；

s2.2.3.以所述理想值和所述上限值小的較小值為疊加快照數(shù)目的最終值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述優(yōu)化區(qū)間為根據(jù)預(yù)設(shè)的優(yōu)化期望、預(yù)設(shè)的平均業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)長確定的優(yōu)化區(qū)間的最大值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述優(yōu)化區(qū)間通過式(1)計(jì)算：

式(1)中，t為優(yōu)化區(qū)間，λ為平均業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)長，p為優(yōu)化期望；

所述理想值通過式(2)所確定：

式(2)中，t為優(yōu)化區(qū)間，ti、ti+1、...、ti+k為單個(gè)快照的持續(xù)時(shí)長，k為理想值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s3中通過式(3)確定目標(biāo)拓?fù)涞逆溌窓?quán)重：

式(3)中，weight[i][j]為目標(biāo)拓?fù)涞逆溌窓?quán)重矩陣，target_topo[i][j]為目標(biāo)拓?fù)渚仃?，i和j為衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)編號。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s3中在目標(biāo)拓?fù)湎峦ㄟ^dijkstra算法計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的路由。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本方法充分考慮業(yè)務(wù)的時(shí)間特性，利用網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)長滿足指數(shù)分布的特點(diǎn)，根據(jù)優(yōu)化期望得到優(yōu)化區(qū)間，總是為任意實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分配一條優(yōu)化區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定的路由，保證持續(xù)時(shí)長在優(yōu)化區(qū)間內(nèi)的業(yè)務(wù)在其生命期內(nèi)穩(wěn)定傳輸，保證持續(xù)時(shí)長大于優(yōu)化區(qū)間的業(yè)務(wù)在優(yōu)化區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定傳輸，從而減少路由切換給實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)帶來的時(shí)延抖動和業(yè)務(wù)中斷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例流程示意圖。

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例極軌道星座網(wǎng)絡(luò)模型。

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例傾斜軌道星座網(wǎng)絡(luò)模型。

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例快照生成過程。

圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例具體算法實(shí)施偽代碼。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

ngeo衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模型通常包括如圖2所示極軌道星座網(wǎng)絡(luò)模型，和圖3所示的傾斜軌道星座網(wǎng)絡(luò)模型。ngeo衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓叨茸兓?，頻繁的路由切換給實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)帶來較大的時(shí)延抖動，甚至導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷的問題。

如圖1所示，本實(shí)施例的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)快照路由優(yōu)化方法，步驟為：s1.根據(jù)衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖煽煺?；s2.根據(jù)預(yù)設(shè)的優(yōu)化期望、預(yù)設(shè)的平均業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)長和單個(gè)快照的持續(xù)時(shí)長確定疊加快照數(shù)目的最終值；s3.對最終值所確定的快照進(jìn)行疊加，得到目標(biāo)拓?fù)洌⒋_定目標(biāo)拓?fù)涞逆溌窓?quán)重，通過目標(biāo)拓?fù)溆?jì)算路由。

在本實(shí)施例中，快照的生成方法可以采用等時(shí)間間隔劃分的方法生成，也可以采用非等時(shí)間間隔劃分的方法生成。在本實(shí)施例中，優(yōu)選采用非等時(shí)間間隔劃分方法生成快照，具體地，是指：當(dāng)衛(wèi)星的星間鏈路發(fā)生變化時(shí)，生成一個(gè)快照。每當(dāng)新建立一條星間鏈路或中斷一條星間鏈路時(shí)，認(rèn)為形成了一個(gè)新的快照。如圖4所示，以極軌道星座網(wǎng)絡(luò)模型為例進(jìn)行說明。假設(shè)快照1為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的初始狀態(tài)，經(jīng)過t1時(shí)間，4號衛(wèi)星行建立于是形成快照2，又經(jīng)過t2時(shí)間，2號衛(wèi)星行斷開于是形成快照3，以此類推，每增加一個(gè)衛(wèi)星行或者斷開一個(gè)衛(wèi)星行就認(rèn)為形成了一個(gè)新的快照。

在本實(shí)施例中，步驟s2的具體步驟包括：s2.1.根據(jù)預(yù)設(shè)的優(yōu)化期望、預(yù)設(shè)的平均業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)長計(jì)算優(yōu)化區(qū)間；s2.2.確定在優(yōu)化區(qū)間內(nèi)所包含的、且能保證疊加快照的鏈路次構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲腥我鈨晒?jié)點(diǎn)之間互相可達(dá)的快照數(shù)目的最大值，即最終值。其中，優(yōu)選優(yōu)化區(qū)間為根據(jù)預(yù)設(shè)的優(yōu)化期望、預(yù)設(shè)的平均業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)長確定的優(yōu)化區(qū)間的最大值。具體地，步驟s2.2的具體步驟為：s2.2.1.根據(jù)優(yōu)化區(qū)間內(nèi)所包含的連續(xù)快照數(shù)目，即疊加快照數(shù)目的理想值；s2.2.2.確定可保證任意節(jié)點(diǎn)之間相互可達(dá)的疊加快照數(shù)目的上限值；s2.2.3.以理想值和上限值小的較小值為疊加快照數(shù)目的最終值。

在本實(shí)施例中，優(yōu)化區(qū)間通過式(1)計(jì)算：

式(1)中，t為優(yōu)化區(qū)間，λ為平均業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)長，p為優(yōu)化期望。由于網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)時(shí)長在區(qū)間(0,t)內(nèi)的業(yè)務(wù)所占比例為p，而任意新到來的業(yè)務(wù)的持續(xù)時(shí)長是不可知的，那么分配t時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定的最短路徑給t時(shí)刻到達(dá)的新業(yè)務(wù)，至少能保證該業(yè)務(wù)有概率大小為p的可能性在時(shí)間區(qū)間(t,t+t)完成。

然后對星座周期內(nèi)的每一個(gè)快照根據(jù)式(2)計(jì)算優(yōu)化區(qū)間(0,t)內(nèi)包含的連續(xù)快照數(shù)目k，即確定疊加快照數(shù)目的理想值：

式(2)中，t為優(yōu)化區(qū)間，ti、ti+1、...、ti+k為單個(gè)快照的持續(xù)時(shí)長，k為理想值。

由于疊加的快照的數(shù)目越大，疊加后快照鏈路的交集越小，若疊加后的交集鏈路構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳荒苁谷我夤?jié)點(diǎn)之間可達(dá)，那么該疊加是沒有意義的。因此，我們定義疊加快照數(shù)目的上限值n為：連續(xù)疊加n個(gè)快照使得該n個(gè)快照鏈路交集構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫沟萌我夤?jié)點(diǎn)之間是互相可達(dá)的，而連續(xù)疊加n+1個(gè)快照鏈路交集構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳荒苁谷我夤?jié)點(diǎn)之間互相可達(dá)，那么疊加快照數(shù)目的上限值就等于n。接著進(jìn)一步比較疊加快照數(shù)目的理想值k和上限值n的大小來進(jìn)一步確定最終疊加快照的數(shù)目，即最終值。如果k小于等于n，那么k為最終疊加快照的數(shù)目；如果k大于n，那么n為最終疊加快照的數(shù)目。

在本實(shí)施例中，確定最終疊加快照的數(shù)目后，對相應(yīng)的快照進(jìn)行疊加，得到目標(biāo)拓?fù)?，用矩陣target_topo[m][m]來表示目標(biāo)拓?fù)?，給目標(biāo)拓?fù)湓O(shè)置鏈路權(quán)重，步驟s3中通過式(3)確定目標(biāo)拓?fù)涞逆溌窓?quán)重：

式(3)中，weight[i][j]為目標(biāo)拓?fù)涞逆溌窓?quán)重矩陣，target_topo[i][j]為目標(biāo)拓?fù)渚仃?，i和j為衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)編號。target_topo[i][j]＝1表示衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)i和衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)j之間的鏈路處于連接狀態(tài)，則設(shè)置衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)i和衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)j之間的鏈路權(quán)重為1，target_topo[i][j]＝0表示衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)i和衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)j之間的鏈路處于中斷狀態(tài)，則設(shè)置衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)i和衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)j之間的鏈路權(quán)重為無窮大。最后，在目標(biāo)拓?fù)湎箩槍eight[i][j]通過dijkstra算法計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的路由。將計(jì)算好的路由上傳至相應(yīng)的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，如果有數(shù)據(jù)包達(dá)到就在當(dāng)前快照下查詢路由表并轉(zhuǎn)發(fā)。在本實(shí)施例中，具體實(shí)施算法的偽代碼如圖5所示。

上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。