CN101001100A - 卫星星间链路的切换保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星星间链路的切换保护方法，包括：步骤1、根据终端的业务请求，生成业务路径；步骤2、计算所述业务路径中各链路的中断概率，根据所述中断概率，选择需要进行中断保护的保护链路；步骤3、建立所述保护链路中两个切换节点间的切换保护备份路径；步骤4、当所述保护链路发生路径切换时，将所述两个切换节点间传输的当前业务切换到所述切换保护备份路径上。本发明采用局部恢复保护模式，可快速恢复因切换而中断的路径，保证业务通信的持续性以及相关QoS指标不被破坏；利用星间链路切换可预测性、局部性等特点，采用最大切换概率链路保护方法，降低需要保护的链路和备份路径数目，提高卫星网络资源的利用率。

Description

卫星星间链路的切换保护方法

技术领域

本发明涉及一种卫星星间链路的切换保护方法，尤其是一种在通过建立备份路径来对卫星星间链路进行切换保护方法。

背景技术

低轨道卫星由于卫星高度低，使其具有传输延迟低、用户终端实现简单且功耗低、频率能够高效复用和链路具有高带宽等优点。但同时也对通信带来一些不利的影响：如单颗卫星可覆盖的面积有限、可持续通信时间短等(例如Motorola公司的铱(Indium)系统，单颗卫星可构成直径为4700km的覆盖区，对于地面某个用户的最大可持续通信时间只有10分钟)。针对这种情况，目前最有效的解决方法是通过“卫星接力”的方式来实现对用户的无缝覆盖，同时利用星间链路技术将多颗卫星组成网络来共同完成移动通信任务。这种方法需要解决信息在卫星网络环境下有效、准确的传输以及在卫星节点动态环境下传输路径的维护等问题，其中星间链路切换技术是必须解决的关键问题之一。

低轨道卫星网络中每个卫星节点都在各自的轨道上快速运动，这样不同轨道间的卫星节点必然存在相对运动，这种相对运动往往会造成星间链路的中断(尤其对于多层卫星网络)，如图1和图2所示，图中示出9颗卫星1-9，箭头方向表示卫星运动方向，2和5分别位于两相向飞行的轨道上，两卫星间存在星间链路，终端A与B通过卫星网通信，初时信息传输路径为A-卫星1-卫星2-卫星3-B，随着卫星的运动，卫星2和5间的位置发生相对变化，这时卫星2和5间的链路性能越来越差(如天线的角度、节点间的距离等)，而与此同时，卫星3与5间的位置越来越有利于星间链路的建立，这时会发生切换：卫星5中断与卫星2的星间链路，而建立与卫星3新的星间链路，这个过程即是星间链路切换。随着卫星5星间链路切换的发生，卫星2和5间的链路将被中断，因此，终端A与B间的信息传输路径A-卫星2-卫星5-卫星8-B也将中断。

星间链路切换会导致卫星网络中星间链路的中断，从而使该链路上的业务被迫中断，并造成丢包、网络局部拥塞等问题，因而，星间链路切换是影响卫星网络通信性能的重要因素之一。对于网络来说，每个星间链路切换都相当于网络中某一链路发生故障，由于切换发生较为频繁，比一般网络中故障出现的几率要大得多，因而对网络性能的危害也大得多，需要专门针对该切换加以研究解决，以提高卫星网络性能。

卫星切换技术是未来高速移动卫星通信网的关键技术之一，相关的研究也很多。但主要的研究成果都针对星地链路切换问题，而针对星间链路切换的研究还很少。在星间链路切换方面，现有的解决方法主要有如下两类：切换防止和故障恢复。

所谓的切换防止是指人们通过采用一定的路径建立方法来防止新建立的传输路径发生星间链路切换，由此可以降低星间链路切换对网络性能和通信业务的影响，这种方法可以在一定程度上减轻卫星切换带来的危害，而不需要过多的额外消费，但它并不能完全避免网络中业务的星间链路切换，尤其是需要较长持续时间的业务(如：视频业务)，这类方法往往很难保证在业务持续时间内路径的稳定性。

对于星间链路切换，另一种常见的解决思路就是简单的将这种切换当作网络故障来处理，利用现有的网络故障恢复技术来保证切换后业务通信的连续性和有效性。这类方法虽然可以解决星间链路切换带来的网络和业务性能下降的问题，但需要耗费较多的备份资源，代价往往很大，无法有效实用于资源昂贵的卫星网络。

发明内容

本发明的目的是提供一种卫星星间链路的切换保护方法，利用局部链路恢复的快速性，对发生切换的链路实行本地恢复，以获得快速、有效的切换保护，并利用故障的可预测性、局部性来减少故障恢复带来的网络资源的浪费，以提高网络资源的优化利用。

为实现上述目的，本发明提供了一种卫星星间链路的切换保护方法，包括如下步骤：

步骤1、根据终端的业务请求，生成业务路径；

步骤2、计算所述业务路径中各链路的中断概率，根据所述中断概率，选择需要进行中断保护的保护链路；

步骤3、建立所述保护链路中两个切换节点间的切换保护备份路径；

步骤4、当所述保护链路发生路径切换时，将所述两个切换节点间传输的当前业务切换到所述切换保护备份路径上。

由上述技术方案可知，本发明具有以下有益效果：

1)采用局部恢复保护模式，可快速恢复因切换而中断的路径，保证业务的通信的持续性以及相关QoS指标不被破坏；

2)利用星间链路切换可预测性、局部性等特点，采用最大切换概率链路保护方法，降低需要保护的链路和备份路径数目，提高卫星网络资源的利用率。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明星间链路切换示意图一；

图2为本发明星间链路切换示意图二。

图3为本发明的星间链路的切换保护方法的流程图；

图4为建立切换保护备份路径的流程图；

图5为建立切换保护备份路径的算法流程图；

图6为将当前业务切换到切换保护备份路径的流程图。

具体实施方式

参见图3，其为本发明的星间链路的切换保护方法的流程图，包括如下步骤：

步骤1、根据终端的业务请求，生成业务路径；设该业务为η，当卫星节点收到的η的业务请求后，利用相应的QoS路由算法得到业务路径，设该业务路径为U；

步骤2、计算所述业务路径中各链路的中断概率，根据所述中断概率，选择需要进行中断保护的保护链路，该保护链路用e(i，j)表示，其中，i，j为切换节点，其中节点i相对与j在业务路径上靠近源节点。该步骤可以具体为：计算所述业务路径中各链路的中断概率，找出中断概率最大的链路作为保护链路，并生成该链路的切换保护备份路径请求，并将该请求发送给所述切换节点。节点i和节点j都可以建立切换保护备份路径，但在实际应用中，一般将该请求发送给节点j，由于切换保护备份路径建立后，相关信息需要发送给源节点和另一个切换节点，为了节省传输成本，由节点j来建立切换保护备份路径，然后沿节点j到源节点的路径传输相关信息，给源节点和节点i。

步骤3、建立所述保护链路中两个切换节点间的切换保护备份路径；如图4所示，该步骤可具体为：

步骤31、记录所述保护链路的中断概率，并将所述保护链路的延时设定为∞；

步骤32、计算所述保护链路中两节点的最优路径，并计算该最优路径的中断概率；

步骤33、判断所述最优路径的中断概率是否大于所述保护链路的中断概率，如果是，则执行步骤34，否则，执行步骤35；

步骤34、计算所述最优路径中的各链路的中断概率，找到最优路径中中断概率最大的链路，并将该链路延时设定为∞，然后执行步骤32；

步骤35、将所述最优路径作为切换保护备份路径，并沿该切换保护备份路径发送业务请求。

参见图5所示，其为建立切换保护备份路径算法流程图，假设步骤2中，切换保护备份路径请求发送给节点j，则当节点j收到建立保护链路e(i，j)切换保护备份路径的请求后，具体可执行以下步骤：

步骤301、记录e(i，j)的中断概率P_x，；

步骤302、计算备份路径的时延约束值Dr′，Dr′＝Dr-Du-d_ij，这里Dr表示

该业务η所要求的时延值约束值，Du为路径U的时延值，d_ij为链路e(i，j)的时延值。

步骤303、令e(i，j)的时延d_ij＝∞；

步骤304、计算从节点j到节点i的最优路径U′，该最优路径应满足的条件：路径时延小于Dr′，且具有最小的中断概率。如果可以求得U′，则执行步骤305，否则，切换保护备份路径建立失败

步骤305、计算U′的中断概率P′_η，

步骤306、判断P′_η是否大于P_x，，如果是，则执行步骤307，否则执行步骤309；

步骤307、节点j沿路径U′发送业务请求信息；

步骤308、判断沿路径U′发送的业务请求是否成功，如果请求成功，则切换保护备份路径建立成功，如果请求失败，则切换保护备份路径建立失败。

步骤309、计算U′中各链路的中断概率，找出中断概率最大的链路，并令该链路的延时为∞，然后执行步骤304。

步骤4、当所述保护链路发生路径切换时，将所述两个切换节点间传输的当前业务切换到所述切换保护备份路径上。当工作路径U和切换保护路径U′都成功的建立，则网络开始传送业务，在正常时刻业务η通过U传输，而U′可传输一些低优先级的业务。当i与j间发生链路切换时，i将业务η切换到U′，以替换已中断的链路e(i，j)，与此同时，原先在U′上传输的低优先级业务将被丢弃。切换结束时，j将产生切换发生消息，并传给源节点s。如图6所示，可以具体为：

步骤401、判断i，j间是否发生链路切换，如果是，则执行步骤402，否则执行步骤405

步骤402、节点i修改转发表，将业务η切换到U′上；

步骤403、节点i在路由表删除链路e(i，j)；

步骤404、节点i生成切换发生消息，并发送给源节点，结束。

步骤405、业务η通过U传输；

步骤406、判断业务η是否结束，如果是，则执行步骤407，否则执行步骤401；

步骤407、业务结束，释放资源，结束。

由于切换发生后，承载业务η的路径并不是源节点和目的节点间的最优路径，因此，在步骤4之后，还可以包括建立源节点和目的节点间的最优路径的重路由操作，该操作可以根据业务η的传输情况以及对网络状态的实际要求，确定是否进行重路由。如果需要重路由，则源节点计算其与目的节点间的最优路径，将当前业务切换到所述源节点与目的节点间的最优路径上，释放原有路径和切换保护备份路径资源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1、一种卫星星间链路的切换保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据终端的业务请求，生成业务路径；

步骤2、计算所述业务路径中各链路的中断概率，根据所述中断概率，选择需要进行中断保护的保护链路；

步骤3、建立所述保护链路中两个切换节点间的切换保护备份路径；

步骤4、当所述保护链路发生路径切换时，将所述两个切换节点间传输的当前业务切换到所述切换保护备份路径上。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1和步骤2之间还包括：

计算所述业务路径的中断概率，判断该中断概率是否大于预先设定的概率门限，如果是，则执行步骤2，否则，结束。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：计算所述业务路径中各链路的中断概率，找出中断概率最大的链路作为保护链路，并生成该链路的切换保护备份路径请求，并将该请求发送给所述切换节点。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

步骤31、记录所述保护链路的中断概率，并将所述保护链路的延时设定为无穷大；

步骤32、计算所述保护链路中两节点的最优路径，并计算该最优路径的中断概率；

步骤33、判断所述最优路径的中断概率是否大于所述保护链路的中断概率，如果是，则执行步骤34，否则，执行步骤35；

步骤34、计算所述最优路径中的各链路的中断概率，找到最优路径中中断概率最大的链路，并将该链路延时设定为无穷大，然后执行步骤32；

步骤35、将所述最优路径作为切换保护备份路径，并沿该切换保护备份路径发送业务请求。

5、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，当前业务的切换操作具体为：

在所述业务路径上，靠近源节点的切换节点发生链路切换时，该切换节点修改转发表，将当前业务切换到所述切换保护备份路径上；

删除路由表中记录的保护链路的信息；

生成切换发生消息，并发送给源节点。

6、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤4之后，还包括源节点重路由的操作。

7、根据权利6所述的方法，其特征在于，计算源节点与目的节点的最优路径，将当前业务切换到所述源节点与目的节点间的最优路径上，释放原有路径和切换保护备份路径。

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