CN102355315A - 天基网广播方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天基网广播方法，解决现有天基网络路由协议中“洪泛(Flooding)”广播方式造成的产生大量重复消息使卫星网络带宽被浪费以及由于共享传输介质造成的大量冲突和碰撞、消息传输成功率低的问题。在MEO(Medium Earth Orbit)和LEO(Low Earth Orbit)卫星上设置重复信息表，记录卫星节点收到的广播消息。MEO卫星设置单步邻接表，LEO卫星设置两步邻接表。MEO和LEO卫星从相邻节点中选择某些卫星节点担任广播节点，只有广播节点才进行消息的广播转发，通过这些广播节点消息最终被传送给同层内的所有卫星节点。本发明通过有选择性的转发操作有效减少了“洪泛”带来的同层卫星网络广播开销。可用于MEO层和LEO层卫星在同层网络间进行高效的广播。

Description

天基网广播方法

技术领域

本发明属于天基卫星通信技术领域，主要涉及卫星网络中的路由广播技术，具体是一种天基网广播方法。可用于中轨道卫星(Medium Earth Orbit，MEO)层和低轨道卫星(LowEarth Orbit，LEO)层卫星在同层网络间进行高效的广播。

背景技术

近年来随着航天技术的迅猛发展和快速应用，越来越多的卫星被布置到太空中，使得通信范围得到了很大的拓展，现代卫星系统已经从单个卫星发展成为多个卫星按照一定星座规则构成的卫星网络。空间在军事、政治和经济领域的战略地位日益重要，发展以卫星系统为核心的空间信息网(Space Information Network，SIN)已经成为世界各国发展航天力量的重要任务之一。

由于路由交换部件担负着星间数据链路的实现、各种数据的安全监测与分发等重任，从而成为网络中关键的一个环节。路由技术是空间信息网的骨干网络即天基网得以持续、安全运转的关键所在。由于卫星本身固有的特性，卫星路由协议都要用到广播功能，因此，开展天基网的安全路由交换技术的广播协议研究是非常必要的。

当前尚无一种专门为天基网组网设计的广播协议。为天基网组网研究的路由协议里用的最直接的广播途径是洪泛(Flooding)。对任一路由节点，当收到一个非重复的广播消息时，它将此消息广播给相邻节点。在网络连通和无丢失的情况下，洪泛可以保证将一个广播消息沿延时最短的路径传播给网络中所有目的节点，它不需要网络节点维护与路由相关的状态信息，协议开销小。

发明人发现，在天基网中，无控制的“洪泛”会带来如下的广播风暴(Broadcast Storm)问题：(1)产生大量的重复消息，使得卫星网络带宽被浪费；(2)由于共享传输介质造成大量冲突和碰撞，降低消息的传输成功率。这些问题使得在卫星网中广播一个消息具有较大的开销，使得广播成为路由协议的关键问题。

本报告检索了中国国家专利信息网数据库1985年-2011年以来的专利情况；

具体检索方法和细节如下：

中国国家专利信息网检索结果

以关键词“天基网AND广播”进行检索，没有发现相关专利。

以关键词“LEO AND广播”进行检索，没有发现相关专利。

以关键词“MEO AND广播”进行检索，没有发现相关专利。

以关键词“卫星网AND广播”进行检索，检索到相关专利10项：

专利[200720043387]“卫星网络共享出境链路的实现装置”提供卫星网络共享出境链路的实现，与本项目的研究内容和应用范围不同；

专利[200710134488]“卫星网络共享出境链路的实现装置”提供卫星网络共享出境链路的实现，与本项目的研究内容和应用范围不同；

专利[00120544]“用卫星广播直灌基站向无线信息终端提供信息的方法”通过各同频点寻呼台分别形成“一群”寻呼台，所有寻呼台把本地化公共信息及本台私人信息通过卫星双向站送回卫星网中心站，卫星网中心站将收到的信息与中心站自有及合成的专业化信息进行汇集，再送入各寻呼台对应的中心站编码卡，信息编成POSCAG码后由卫星网中心站送上卫星广播。与本项目的研究内容完全不同；

专利[200410051505]“一种基于单向数字传输系统的多业务计费系统及其计费方式”与本项目的研究内容完全不同；

专利[200410027554]“一种基于单向数字传输系统的业务计费系统及其计费方式”与本项目的研究内容完全不同；

专利[03122350]“全媒体内容分布网络平台”与本项目的研究内容完全不同；

专利[02820830]“控制被分成各组的多个节点来只执行消息一次，或者使用SNMP或其组合”与本项目的研究内容完全不同；

专利[00120543]“用双向VSAT卫星站实现高速寻呼大区同播覆盖的方法”与本项目的研究内容完全不同；

专利[98123603]“用于电视的多区域交互节目引导”与本项目的研究内容完全不同；

专利[98804530]“高纬度对地静止卫星系统”与本项目的研究内容完全不同。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种天基卫星网络的广播方法，以对MEO卫星层和LEO卫星层的卫星网络现用的“洪泛(Flooding)”广播方法的广播效率进行改进，减少MEO层和LEO卫星层内广播开销，提高消息广播效率，实时保存卫星局部拓扑信息，提高卫星广播链路的抗毁性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案说明如下：

本发明是一种天基网广播方法，包括MEO层卫星网广播方法和LEO层卫星广播方法。

1.一种天基网MEO层卫星网广播方法的实现包括如下步骤：

(1)MEO层的每个卫星节点均设置并维护一张重复消息表和一个单步邻接表；

(2)当一个MEO卫星节点要在天基网MEO层网络中广播一个消息时，设源MEO卫星节点为S_MEO，要广播的消息为M，S_MEO根据其单步邻接表执行广播网关的选择算法，从它的相邻节点中选择某些节点作为广播网关；S_MEO在消息中加入它所选择的广播网关信息和消息的路径信息；初始的路径仅包括S_MEO；通过本地广播，S_MEO将消息M传播给所有相邻节点；

(3)设天基网MEO层网络中一个MEO卫星节点为V_MEO，且V_MEO≠S_MEO；当MEO卫星节点V_MEO接收到M时，根据重复消息表中的记录判断M是否为重复消息；若是则将消息丢弃，处理结束；否则MEO卫星节点V_MEO将M的有关信息记入重复消息表，将M传送给高层协议，继续；

(4)若V_MEO不是被选择的广播网关则处理结束；否则继续；

(5)根据消息的路径信息和广播网关信息以及V_MEO的单步邻接表，V_MEO执行广播网关的选择算法，从其相邻MEO卫星节点中选择某些MEO卫星节点作为广播网关；V_MEO除去M中的广播网关信息，加入它所选择的广播网关信息，并更新消息的路径信息，即在路径中添加它的地址；通过本地广播，S_MEO将消息M传播给它的所有相邻MEO卫星节点；MEO卫星节点V_MEO对M的处理结束。

本发明的实现还在于：步骤(1)所述的MEO单步邻接表，是指MEO层卫星设置并维护的一张二维表，该二维表即单步邻接表，用来记录该MEO卫星节点的同层一跳邻居MEO卫星节点的信息；每经过[t_m1，t_m2]时间间隔，MEO卫星节点向其它MEO卫星节点广播一条HELLO消息，当一个节点收到此消息后，更新其单步邻接表。单步邻接表的设置存储了MEO卫星一跳邻居节点信息，解决了本地MEO卫星网络实时拓扑结构问题。

本发明的实现还在于：步骤(2)所述的MEO卫星节点要在全网络中广播一个消息，是指某MEO卫星节点在MEO卫星网内给其它MEO卫星广播一个消息，即给MEO层卫星网内所有MEO卫星节点发送消息M。

本发明的实现还在于：步骤(2)所述的广播网关选择算法过程如下：

设当前MEO卫星节点为V_MEO，消息经过的路径为MEOP，V_MEO所选择的新广播网关集合为MEOD；选择算法的过程为：

4.1令MEOD＝(空集)，根据单步邻接表得到本地MEO卫星网络拓扑图，记为G_MEON＝(V_MEON，E_MEON)，其中V_MEON仅包括V_MEO以及离V_MEO的距离不大于1的节点；

4.2按以下规则精简图G_MEON：①若MEO卫星节点x∈MEOP，则删除x以及x的相邻MEO卫星节点，删除相应的边；②若对边<x，y>，MEO卫星节点x与y均为V_MEO的相邻节点，则删除此边；③删除度数为0的MEO卫星节点；记结果图中与V_MEO相邻的节点集为MEON1；

4.3令MEOD＝LEON1，选择算法结束。

2.一种天基网LEO层卫星网广播方法的实现包括如下步骤：

1)LEO层的每个卫星节点均设置并维护一张重复消息表和一个两步邻接表；

2)当一个LEO卫星节点要在天基网LEO层网络中广播一个消息时，设源LEO卫星节点为S_LEO，要广播的消息为M，S_LEO根据其两步邻接表执行广播网关的选择算法，从它的相邻节点中选择某些节点作为广播网关；S_LEO在消息中加入它所选择的广播网关信息和消息的路径信息；初始的路径仅包括S_LEO；通过本地广播，S_LEO将消息M传播给所有相邻节点；

3)设天基网LEO层网络中一个LEO卫星节点为V_LEO，且V_LEO≠S_LEO；当LEO卫星节点S_LEO接收到M时，根据重复消息表中的记录判断M是否为重复消息；若是则将消息丢弃，处理结束；否则LEO卫星节点V_LEO将M的有关信息记入重复消息表，将M传送给高层协议，继续；

4)若V_LEO不是被选择的广播网关则处理结束；否则继续；

5)根据消息的路径信息和广播网关信息以及V_LEO的两步邻接表，节点V_LEO执行广播网关的选择算法，从其相邻LEO卫星节点中选择某些LEO卫星节点作为广播网关；V_LEO除去M中的广播网关信息，加入它所选择的广播网关信息，并更新消息的路径信息，即在路径中添加它的地址；通过本地广播，S_LEO将消息M传播给它的所有相邻节点；节点V_LEO对M的处理结束。

本发明的实现还在于：步骤1)所述的LEO两步邻接表，是指LEO层卫星上设置并维护的一张二维表，该二维表即两步邻接表，用来记录该LEO卫星节点的同层两跳邻居LEO卫星节点的信息；每经过[t₁₁，t₁₂]时间间隔，LEO卫星节点向其它LEO卫星节点广播一条HELLO消息，当一个节点收到此消息后，更新其两步邻接表。两步邻接表的设置存储了LEO卫星两跳邻居节点信息，解决了本地LEO卫星网络实时拓扑结构问题。

本发明的实现还在于：步骤2)所述的LEO卫星节点要在全网络中广播一个消息，是指某LEO卫星节点在LEO卫星网内给其它LEO卫星广播一个消息。

本发明的实现还在于：步骤2)所述的广播网关选择算法过程如下：

设当前节LEO卫星点为V_LEO，消息经过的路径为LEOP，V_LEO所选择的新广播网关集合为LEOD；选择算法的过程为：

8.1令LEOD＝(空集)，根据二步邻接表得到本地LEO卫星网络拓扑图，记为G_LEON＝(V_LEON，E_LEON)，其中V_LEON仅包括V_LEO以及离V_LEO的距离不大于2的节点；

8.2按以下规则精简图G_LEON：①若LEO卫星节点x∈LEOP，则删除x以及x的相邻LEO卫星节点，删除相应的边；②若对边<x，y>，LEO卫星节点x与y均为V_LEO的相邻节点，则删除此边；③删除度数为0的节；记结果图中与V_LEO相邻的节点集为LEON1，离V_LEO的距离为2的节点集为LEON2；

8.3若LEON2为空，则算法结束；

8.4若LEON2中有某个LEO卫星节点其度数为1，则记与它相连的LEO卫星节点为w，显然w∈LEON1；否则设w为LEON1中度数最大的节点；

8.5令LEOD＝LEOD∪{w}，从G_LEON中删除节点w以及w的相邻节点，删除相应的边；转8.3。

本发明具有如下优点：

1)本发明由于在MEO卫星和LEO卫星上存储有重复消息表，只需要维护少量的记录信息，就可有效丢弃重复消息，大量减少信道拥塞；

2)本发明由于在MEO卫星上设置并维护了一个单步邻接表，在LEO卫星上设置并维护了一个两步邻接表，并在一定的时间片内对邻接表进行定期更新，实时保存了卫星局部拓扑信息，大大缩短了卫星数据传输中断的时延，提高了卫星广播链路的抗毁性能；

3)本发明由于在MEO卫星层内和LEO卫星层内采用选取卫星广播网关的形进行卫星消息广播，使得广播开销大量减小。

附图说明

图1是本发明中MEO卫星广播流程图；

图2是本发明中LEO卫星广播流程图；

图3是本发明中天基网广播流程图；

图4是本发明中MEO卫星和LEO卫星需要保存的重复信息表格式；

图5是本发明中MEO卫星设置并维护的单步邻接表示意图；

图6是本发明中LEO卫星设置并维护的两步邻接表示意图；

图7是本发明适用的天基网卫星网络模型图；

图8是本发明适用的天基网卫星网络链路图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细的描述。

本发明的工作是在天基网卫星网络上设计运行的；

本发明适用的网络模型

参照图7，本发明所适用的天基网卫星网络模型如下：

卫星网络结构分为GEO/MEO/LEO三层，每层均提供全球覆盖。

(1)GEO卫星层

GEO卫星层由卫星网络中的现有GEO卫星组成。

(2)MEO卫星层

MEO卫星层由卫星网络中的现有MEO卫星组成。

(3)LEO卫星层

LEO卫星层由卫星网络中的现有LEO卫星组成。

卫星网络链路

参照图8，本发明所适用的天基网卫星网络链路如下：

加入卫星网络中的GEO/MEO/LEO每层卫星均维持三种链路。

(1)星间链路(Inner-Satellite Links，ISLs)

卫星间的链接，每层之间的通信通过ISLs来完成。LEO卫星通过同层的双向ISLs与它周围最临近的4～8个卫星链接。在任何给定的时间内，每个MEO卫星都和相同层的其他4～8个相邻MEO卫星通过轨道内部的ISLs保持联系。GEO卫星也是通过ISLs与相邻的两个卫星通信。

(2)轨间链路(Inner-Orbital Links，IOLs)

轨道间链接，不同轨道层卫星间的通信通过IOLs完成。每个卫星与低于它所在轨道且处在它覆盖区间的卫星通过IOLs联接。低层卫星也会保持到覆盖它的上层卫星的IOLs。如果两个卫星处于不同的轨道层，且上层的卫星覆盖下层的卫星，那么两个卫星间就会通过两个IOLs链接。IOLs不一定要建立在相邻的两个卫星层间。

(3)用户数据链路(User Data Links，UDLs)

用户数据链接，陆地网关通过UDLs同卫星网络通信。单个卫星能与多重陆地网关保持UDLs。同样地，一个陆地网关可以和处于不同层的多重卫星直接相连。

实施例1

本发明是一种天基网广播方法，参照图1，本发明在MEO层卫星网广播的实现包括有：

天基网MEO层的每个卫星节点均设置并维护一张如附图4格式的重复消息表，该重复消息表用来记录收到的广播消息的源卫星节点地址(如CDMA码)、消息的序列号(单调递增)和发送时间(时戳)等信息，卫星节点利用这些信息判定接收到的消息是否为重复消息，从而可以丢弃大量的重复信息，为卫星网络节省带宽消耗；

天基网MEO层的每个卫星节点均均设置并维护一张如附图5所示的单步邻接表(MEO卫星由于覆盖面比LEO卫星广，转发次数相对较少，故仅需设置和维护单步邻接表)，该单步邻接表用来记录该MEO卫星节点的同层一跳邻居MEO卫星节点的信息；

[t_m1，t_m2]时间间隔为MEO卫星层时间片，该时间片内MEO卫星层内卫星位置相对保持不变，每经过[t_m1，t_m2]时间间隔，MEO卫星节点向其它MEO卫星节点广播一条HELLO消息，当一个节点收到此消息后，更新其单步邻接表；

MEO卫星节点从相邻节点中选择某些卫星节点作为卫星广播网关，普通MEO卫星节点不执行同层内卫星广播消息的转发功能，只有被选的卫星广播网关才进行同层内卫星广播消息的转发；

当一个MEO卫星节点要在天基网MEO层网络中广播一个消息时，设源MEO卫星节点为S_MEO，要广播的消息为M：

步骤1、根据S_MEO的单步邻接表，S_MEO执行广播网关的选择算法，从它的相邻节点中选择某些节点作为广播网关；S_MEO在消息中加入它所选择的广播网关信息和消息的路径信息；初始的路径仅包括S_MEO通过本地广播，S_MEO将消息M传播给所有相邻节点；

步骤1所述的广播网关选择算法过程如下：

设当前MEO卫星节点为V_MEO，消息经过的路径为MEOP，V_MEO所选择的新广播网关集合为MEOD；选择算法的过程为：

(1)令MEOD＝(空集)，根据单步邻接表得到本地MEO卫星网络拓扑图，记为G_MEON＝(V_MEON，E_MEON)，其中V_MEON仅包括V_MEO以及离V_MEO的距离不大于1的节点；

(2)按以下规则精简图G_MEON：①若MEO卫星节点x∈MEOP，则删除x以及x的相邻MEO卫星节点，删除相应的边；②若对边<x，y>，MEO卫星节点x与y均为V_MEO的相邻节点，则删除此边；③删除度数为0的MEO卫星节点；记结果图中与V_MEO相邻的节点集为MEON1；

(3)令MEOD＝LEON1，选择算法结束。

MEOD为被选择的MEO卫星网关节点集合，被选择为MEO卫星广播网关的卫星节点执行卫星广播功能。

步骤2、设天基网MEO层网络中一个MEO卫星节点为V_MEO，且V_MEO≠S_MEO；当MEO卫星节点V_MEO接收到M时，根据重复消息表中的记录判断M是否为重复消息；若是则将消息丢弃，处理结束；否则MEO卫星节点V_MEO将M的有关信息记入重复消息表，将M传送给高层协议，继续；

步骤3、若V_MEO不是被选择的广播网关则处理结束；否则继续；

步骤4、根据消息的路径信息和广播网关信息以及V_MEO的单步邻接表，V_MEO执行广播网关的选择算法，从其相邻MEO卫星节点中选择某些MEO卫星节点作为广播网关；V_MEO除去M中的广播网关信息，加入它所选择的广播网关信息，并更新消息的路径信息，即在路径中添加它的地址；通过本地广播，S_MEO将消息M传播给它的所有相邻MEO卫星节点；MEO卫星节点V_MEO对M的处理结束。

本发明通过对MEO层卫星广播网关的选取和通过重复消息表对重复消息的丢弃，使得MEO层卫星的广播开销大量减小，有效减少了MEO层卫星的信道拥塞。

实施例2

本发明是一种天基网广播方法，参照图2，本发明在LEO层卫星网广播的实现包括有：

天基网LEO层的每个卫星节点均设置并维护一张如附图4格式的重复消息表，该重复消息表用来记录收到的广播消息的源卫星节点地址(如CDMA码)、消息的序列号(单调递增)和发送时间(时戳)等信息，卫星节点利用这些信息判定接收到的消息是否为重复消息；

LEO层卫星均设置并维护一张如附图6所示的两步邻接表(LEO卫星由于数量大，覆盖面小，转发次数相对较多，故需设置和维护两步邻接表)，该两步邻接表用来记录该LEO卫星节点的同层两跳邻居LEO卫星节点的信息；

[t₁₁，t₁₂]时间间隔为LEO卫星层时间片，该时间片内LEO卫星层内卫星位置保持相对不变，每经过[t₁₁，t₁₂]时间间隔，LEO卫星节点向其它LEO卫星节点广播一条HELLO消息，当一个节点收到此消息后，更新其两步邻接表；

LEO卫星节点从相邻节点中选择某些卫星节点作为卫星广播网关，普通LEO卫星节点不执行同层内卫星广播消息的转发功能，只有被选的卫星广播网关才进行同层内卫星广播消息的转发；

当一个LEO卫星节点要在天基网LEO层网络中广播一个消息时，设源LEO卫星节点为S_LEO，要广播的消息为M：

步骤1、根据S_LEO的两步邻接表，S_LEO执行广播网关的选择算法，从它的相邻节点中选择某些节点作为广播网关；S_LEO在消息中加入它所选择的广播网关信息和消息的路径信息；初始的路径仅包括S_LEO；通过本地广播，S_LEO将消息M传播给所有相邻节点；

步骤1所述的广播网关选择算法过程如下：

设当前节LEO卫星点为V_LEO，消息经过的路径为LEOP，V_LEO所选择的新广播网关集合为LEOD；选择算法的过程为：

(1)令LEOD＝(空集)，根据二步邻接表得到本地LEO卫星网络拓扑图，记为G_LEON＝(V_LEON，E_LEON)，其中V_LEON仅包括V_LEO以及离V_LEO的距离不大于2的节点；

(2)按以下规则精简图G_LEON：①若LEO卫星节点x∈LEOP，则删除x以及x的相邻LEO卫星节点，删除相应的边；②若对边<x，y>，LEO卫星节点x与y均为V_LEO的相邻节点，则删除此边；③删除度数为0的节；记结果图中与V_LEO相邻的节点集为LEON1，离V_LEO的距离为2的节点集为LEON2；

(3)若LEON2为空，则算法结束；

(4)若LEON2中有某个LEO卫星节点其度数为1，则记与它相连的LEO卫星节点为w，显然w∈LEON1；否则设w为LEON1中度数最大的节点；

(5)令LEOD＝LEOD∪{w}，从G_LEON中删除节点w以及w的相邻节点，删除相应的边；转(3)。

LEOD为选取的LEO卫星广播网关节点的集合，由其承担LEO层卫星消息的广播。

步骤2、设天基网LEO层网络中一个LEO卫星节点为V_LEO，且V_LEO≠S_LEO；当LEO卫星节点S_LEO接收到M时，根据重复消息表中的记录判断M是否为重复消息；若是则将消息丢弃，处理结束；否则LEO卫星节点V_LEO将M的有关信息记入重复消息表，将M传送给高层协议，继续；

步骤3、若V_LEO不是被选择的广播网关则处理结束；否则继续；

步骤4、根据消息的路径信息和广播网关信息以及V_LEO的两步邻接表，节点V_LEO执行广播网关的选择算法，从其相邻LEO卫星节点中选择某些LEO卫星节点作为广播网关；V_LEO除去M中的广播网关信息，加入它所选择的广播网关信息，并更新消息的路径信息，即在路径中添加它的地址；通过本地广播，S_LEO将消息M传播给它的所有相邻节点；节点V_LEO对M的处理结束。

本发明通过对LEO层卫星广播网关的选取和通过重复消息表对重复消息的丢弃，使得LEO层卫星的广播开销大量减小，有效减少了LEO层卫星的信道拥塞。

实施例3

天基网的广播方法同实施例1和实施例2。其中在初始状态建立的重复信息表见图4，重复信息表中设置源卫星节点地址，消息序列号和发送时间，其中消息序列号以单调递增的形式表现。重复消息表用来记录收到的广播消息的源卫星节点地址(如CDMA码)、消息的序列号(单调递增)和发送时间(时戳)等信息，本发明设置重复消息表使得MEO卫星节点和LEO卫星节点可以利用这些信息判定接收到的消息是否为重复消息，从而可以丢弃大量的重复信息，使得广播开销大量减小，为MEO层卫星网络和LEO层卫星网络节省带宽消耗。

实施例4

天基网MEO层的广播方法同实施例1和实施例3。其中涉及的单步邻接表如图5所示；单步邻接表用来记录该MEO卫星节点的同层一跳邻居MEO卫星节点的信息，并在一定的时间片内对MEO层卫星的单步邻接表进行定期更新，实时保存了MEO卫星局部拓扑信息，大大缩短了MEO卫星数据传输中断的时延，提高了MEO卫星广播链路的抗毁性能。

实施例5

天基网LEO层的广播方法同实施例2和实施例3。其中涉及的两步邻接表如图6所示；两步邻接表用来记录该LEO卫星节点的同层两跳邻居LEO卫星节点的信息；并在一定的时间片内对LEO层卫星的两步邻接表进行定期更新，实时保存了LEO卫星局部拓扑信息，大大缩短了LEO卫星数据传输中断的时延，提高了LEO卫星广播链路的抗毁性能。

实施例6

天基网的广播方法同实施例1和实施例2。

参照图3，本发明的广播的所有方法流程综合说明如下：

一、MEO卫星层内广播过程

MEO层的每个卫星节点均设置并维护一张重复消息表和一个单步邻接表；当一个MEO卫星节点要在全网络中广播一个消息时，设源MEO卫星节点为S_MEO，要广播的消息为M，广播过程描述如下：

步骤1、根据S_MEO的单步邻接表，S_MEO执行广播网关的选择算法，从它的相邻节点中选择某些节点作为广播网关；S_MEO在消息中加入它所选择的广播网关信息和消息的路径信息；初始的路径仅包括S_MEO，通过本地广播，S_MEO将消息M传播给所有相邻节点；

步骤2、设网络中一个MEO卫星节点为V_MEO，且V_MEO≠S_MEO；当MEO卫星节点V_MEO接收到M时，根据重复消息表中的记录判断M是否为重复消息，若是则将消息丢弃，处理结束；否则MEO卫星节点V_MEO将M的有关信息记入重复消息表，将M传送给高层协议，继续；

步骤3、若V_MEO不是被选择的广播网关则处理结束；否则继续；

步骤4、根据消息头中的路径和广播网关信息以及V_MEO的单步邻接表，V_MEO执行广播网关的选择算法，从其相邻MEO卫星节点中选择某些MEO卫星节点作为广播网关；V_MEO除去M中的广播网关信息，加入它所选择的广播网关信息，并更新消息的路径信息，即在路径中添加它的地址；通过本地广播，S_MEO将消息M传播给它的所有相邻MEO卫星节点；MEO卫星节点V_MEO对M的处理结束。

二、LEO卫星层内广播过程

LEO层的每个卫星节点均设置并维护一张重复消息表和一个两步邻接表；当一个LEO卫星节点要在全网络中广播一个消息时，设源LEO节点为S_LEO，要广播的消息为M，广播过程描述如下：

步骤1、根据S_LEO的两步邻接表，S_LEO执行广播网关的选择算法，从它的相邻节点中选择某些节点作为广播网关；S_LEO在消息中加入它所选择的广播网关信息和消息的路径信息；初始的路径仅包括S_LEO；通过本地广播，S_LEO将消息M传播给所有相邻节点；

步骤2、设网络中一个节点为V_LEO，且V_LEO≠S_LEO；当LEO卫星节点S_LEO接收到M时，根据重复消息表中的记录判断M是否为重复消息；若是则将消息丢弃，处理结束；否则LEO卫星节点V_LEO将M的有关信息记入重复消息表，将M传送给高层协议，继续；

步骤3、若V_LEO不是被选择的广播网关则处理结束；否则继续；

步骤4、根据消息头中的路径和广播网关信息以及V_LEO的两步邻接表，节点V_LEO执行广播网关的选择算法，从其相邻LEO卫星节点中选择某些LEO卫星节点作为广播网关；V_LEO除去M中的广播网关信息，加入它所选择的广播网关信息，并更新消息的路径信息，即在路径中添加它的地址。通过本地广播，S_LEO将消息M传播给它的所有相邻节点；节点V_LEO对M的处理结束。

三、MEO卫星层内广播网关选择

设当前MEO卫星节点为V_MEO，消息经过的路径为MEOP，V_MEO所选择的新广播网关集合为MEOD；选择算法的过程为：

步骤1、令MEOD＝(空集)。根据单步邻接表得到本地MEO卫星网络拓扑图，记为G_MEON＝(V_MEON，E_MEON)，其中V_MEON仅包括V_MEO以及离V_MEO的距离不大于1的节点；

步骤2、按以下规则精简图G_MEON：①若MEO卫星节点x∈MEOP，则删除x以及x的相邻MEO卫星节点，删除相应的边；②若对边<x，y>，MEO卫星节点x与y均为V_MEO的相邻节点，则删除此边；③删除度数为0的MEO卫星节点。记结果图中与V_MEO相邻的节点集为MEON1；

(3)令MEOD＝LEON1，选择算法结束。

四、LEO卫星层内广播网关选择

设当前节LEO卫星点为V_LEO，消息经过的路径为LEOP，V_LEO所选择的新广播网关集合为LEOD；选择算法的过程为：

步骤1、令LEOD＝(空集)。根据二步邻接表得到本地LEO卫星网络拓扑图，记为G_LEON＝(V_LEON，E_LEON)，其中V_LEON仅包括V_LEO以及离V_LEO的距离不大于2的节点；

步骤2、按以下规则精简图G_LEON：①若LEO卫星节点x∈LEOP，则删除x以及x的相邻LEO卫星节点，删除相应的边；②若对边<x，y>，LEO卫星节点x与y均为V_LEO的相邻节点，则删除此边；③删除度数为0的节点。记结果图中与V_LEO相邻的节点集为LEON1，离V_LEO的距离为2的节点集为LEON2；

步骤3、若LEON2为空，则算法结束；

步骤4、若LEON2中有某个LEO卫星节点其度数为1，则记与它相连的LEO卫星节点为w，显然w∈LEON1；否则设w为LEON1中度数最大的节点；

步骤5、令LEOD＝LEOD∪{w}。从G_LEON中删除节点w以及w的相邻节点，删除相应的边；转步骤3。

本发明解决了现有天基卫星网络路由协议中“洪泛”广播方式造成的产生大量重复消息使卫星网络带宽被浪费以及由于共享传输介质造成的大量冲突和碰撞、消息传输成功率低的问题。本发明针对MEO层和LEO层卫星网络的特点，为MEO和LEO卫星设置重复信息表，记录卫星节点收到的广播消息的源节点地址、消息的序列号和发送时间信息，为MEO卫星设置单步邻接表，在每个MEO时间片内记录其单跳相邻卫星节点信息，为LEO卫星设置两步邻接表，在每个LEO时间片内记录其两跳相邻卫星节点信息。MEO和LEO卫星节点从相邻节点中选择某些卫星节点担任广播节点，只有广播节点才进行消息的广播转发，通过这些广播节点消息最终被传送给同层内的所有卫星节点。本发明通过有选择性的转发操作有效减少了“洪泛”带来的同层卫星网络广播开销。可用于MEO层卫星和LEO层卫星在同层网络间进行高效的广播。

虽然在同一天基网中，但MEO层卫星和LEO层卫星的广播方法处理独立，该技术方案可以用在天基网全网络中，也可单独应用在MEO单层网络中或LEO单层网络中。

符号说明

SIN：空间信息网

GEO：地球同步轨道卫星

MEO：中轨道卫星

LEO；低轨道卫星

ISLs：星间链路

IOLs：轨间链路

UDLs：用户数据链路

CDMA：码分多址

Claims (8)

1.一种天基网MEO层卫星网广播方法，其特征在于：包含如下步骤：

(1)MEO层的每个卫星节点均设置并维护一张重复消息表和一个单步邻接表；

(2)当一个MEO卫星节点要在天基网MEO层网络中广播一个消息时，设源MEO卫星节点为S_MEO，要广播的消息为M，S_MEO根据其单步邻接表执行广播网关的选择算法，从它的相邻节点中选择某些节点作为广播网关；S_MEO在消息中加入它所选择的广播网关信息和消息的路径信息；初始的路径仅包括S_MEO；通过本地广播，S_MEO将消息M传播给所有相邻节点；

(3)设天基网MEO层网络中一个MEO卫星节点为V_MEO，且V_MEO≠S_MEO；当MEO卫星节点V_MEO接收到M时，根据重复消息表中的记录判断M是否为重复消息；若是则将消息丢弃，处理结束；否则MEO卫星节点V_MEO将M的有关信息记入重复消息表，将M传送给高层协议，继续；

(4)若V_MEO不是被选择的广播网关则处理结束；否则继续；

(5)根据消息的路径信息和广播网关信息以及V_MEO的单步邻接表，V_MEO执行广播网关的选择算法，从其相邻MEO卫星节点中选择某些MEO卫星节点作为广播网关；V_MEO除去M中的广播网关信息，加入它所选择的广播网关信息，并更新消息的路径信息，即在路径中添加它的地址；通过本地广播，S_MEO将消息M传播给它的所有相邻MEO卫星节点；MEO卫星节点V_MEO对M的处理结束。

2.根据权利要求1中所述天基网MEO层卫星网广播方法，其特征在于：MEO层卫星广播方法实现，步骤(1)所述的MEO单步邻接表，是指MEO层卫星维护的一张二维表，该二维表即单步邻接表，用来记录该MEO卫星节点的同层一跳邻居MEO卫星节点的信息；每经过[t_m1，t_m2]时间间隔，MEO卫星节点向其它MEO卫星节点广播一条HELLO消息，当一个节点收到此消息后，更新其单步邻接表。

3.根据权利要求1中所述天基网MEO层卫星网广播方法，步骤(2)所述的MEO卫星节点要在全网络中广播一个消息，是指某MEO卫星节点在MEO卫星网内给其它MEO卫星广播一个消息。

4.根据权利要求1中所述天基网MEO层卫星网广播方法，步骤(2)所述的广播网关选择算法过程如下：

设当前MEO卫星节点为V_MEO，消息经过的路径为MEOP，V_MEO所选择的新广播网关集合为MEOD；选择算法的过程为：

4.1令MEOD＝(空集)，根据单步邻接表得到本地MEO卫星网络拓扑图，记为G_MEON＝(V_MEON，E_MEON)，其中V_MEON仅包括V_MEO以及离V_MEO的距离不大于1的节点；

4.2按以下规则精简图G_MEON：①若MEO卫星节点x∈MEOP，则删除x以及x的相邻MEO卫星节点，删除相应的边；②若对边<x，y>，MEO卫星节点x与y均为V_MEO的相邻节点，则删除此边；③删除度数为0的MEO卫星节点；记结果图中与V_MEO相邻的节点集为MEON1；

4.3令MEOD＝LEON1，选择算法结束。

5.一种天基网LEO层卫星网广播方法，其特征在于：包含如下步骤：

1)LEO层的每个卫星节点均设置并维护一张重复消息表和一个两步邻接表；

2)当一个LEO卫星节点要在天基网LEO层网络中广播一个消息时，设源LEO卫星节点为S_LEO，要广播的消息为M，S_LEO根据其两步邻接表执行广播网关的选择算法，从它的相邻节点中选择某些节点作为广播网关；S_LEO在消息中加入它所选择的广播网关信息和消息的路径信息；初始的路径仅包括S_LEO；通过本地广播，S_LEO将消息M传播给所有相邻节点；

3)设天基网LEO层网络中一个LEO卫星节点为V_LEO，且V_LEO≠S_LEO；当LEO卫星节点S_LEO接收到M时，根据重复消息表中的记录判断M是否为重复消息；若是则将消息丢弃，处理结束；否则LEO卫星节点V_LEO将M的有关信息记入重复消息表，将M传送给高层协议，继续；

4)若V_LEO不是被选择的广播网关则处理结束；否则继续；

5)根据消息的路径信息和广播网关信息以及V_LEO的两步邻接表，节点V_LEO执行广播网关的选择算法，从其相邻LEO卫星节点中选择某些LEO卫星节点作为广播网关；V_LEO除去M中的广播网关信息，加入它所选择的广播网关信息，并更新消息的路径信息，即在路径中添加它的地址；通过本地广播，S_LEO将消息M传播给它的所有相邻节点；节点V_LEO对M的处理结束。

6.根据权利要求5中所述天基网LEO层卫星网广播方法，步骤1)所述的LEO两步邻接表，是指LEO层卫星维护一张二维表，该二维表即两步邻接表，用来记录该LEO卫星节点的同层两跳邻居LEO卫星节点的信息；每经过[t₁₁，t₁₂]时间间隔，LEO卫星节点向其它LEO卫星节点广播一条HELLO消息，当一个节点收到此消息后，更新其两步邻接表。

7.根据权利要求5中所述天基网LEO层卫星网广播方法，步骤2)所述的LEO卫星节点要在全网络中广播一个消息，是指某LEO卫星节点在LEO卫星网内给其它LEO卫星广播一个消息。

8.根据权利要求5中所述天基网LEO层卫星网广播方法，步骤2)所述的广播网关选择算法过程如下：

设当前节LEO卫星点为V_LEO，消息经过的路径为LEOP，V_LEO所选择的新广播网关集合为LEOD；选择算法的过程为：

8.1令LEOD＝(空集)，根据二步邻接表得到本地LEO卫星网络拓扑图，记为G_LEON＝(V_LEON，E_LEON)，其中V_LEON仅包括V_LEO以及离V_LEO的距离不大于2的节点；

8.2按以下规则精简图G_LEON：①若LEO卫星节点x∈LEOP，则删除x以及x的相邻LEO卫星节点，删除相应的边；②若对边<x，y>，LEO卫星节点x与y均为V_LEO的相邻节点，则删除此边；③删除度数为0的节；记结果图中与V_LEO相邻的节点集为LEON1，离V_LEO的距离为2的节点集为LEON2；

8.3若LEON2为空，则算法结束；

8.4若LEON2中有某个LEO卫星节点其度数为1，则记与它相连的LEO卫星节点为w，显然w∈LEON1；否则设w为LEON1中度数最大的节点；

8.5令LEOD＝LEOD∪{w}，从G_LEON中删除节点w以及w的相邻节点，删除相应的边；转8.3。

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