CN108270478B

CN108270478B - 卫星路由建立方法及装置

Info

Publication number: CN108270478B
Application number: CN201711396313.3A
Authority: CN
Inventors: 徐佳康; 刘丽坤; 李源; 付敬轩; 成晨; 仝俊义
Original assignee: Beijing Commsat Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Commsat Technology Development Co Ltd
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: CN108270478A

Abstract

本公开涉及卫星路由建立方法及装置，包括：获取卫星网络中各卫星节点的网络动态参数信息。根据各卫星节点的网络动态参数信息，确定从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径的构建成本。将构建成本最小的路由路径作为从源卫星节点到目的卫星节点的实际的路由路径。本公开中，根据各卫星节点的网络动态参数信息确定从源卫星节点到目标卫星节点的可能经过的各路由路径的构建成本，从而将构建成本最小的路由路径作为实际的路由路径，能够在卫星网络的路由建立中充分考虑卫星网络动态变化，从而建立起高效且低成本的动态路由路径。

Description

卫星路由建立方法及装置

技术领域

本公开涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星路由建立方法及装置。

背景技术

随着卫星通信技术的发展，低轨道卫星网络作为对传统移动通信网络覆盖领域的一种补充，有着广阔的应用前景。低轨道卫星可以作为整个空天地一体化通信网络中的中继节点，实现偏远山区，应急任务等需求情况下的高效通信，实现动态环境变化下的中继协作传输，满足日益增长的通信需求。

然而，由于低轨道卫星节点的高速动态变化特性，导致低轨道卫星网络结构随机动态变化，卫星节点之间的通信稳定性较差，路由鲁棒性低。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种卫星路由建立方法及装置

根据本公开的一方面，提供了一种卫星路由建立方法，包括：

获取卫星网络中各卫星节点的网络动态参数信息；

根据各卫星节点的网络动态参数信息，确定从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径的构建成本；

将构建成本最小的路由路径作为从源卫星节点到目的卫星节点的实际的路由路径。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，获取卫星网络中各卫星节点的网络动态参数信息，包括：

获取卫星网络中从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，根据各卫星节点的网络动态参数信息，确定从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径的构建成本，包括：

对于每条可能经过的路由路径，根据该路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息，确定该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本；

根据该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本，确定该路由路径的构建成本。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，对于每条可能经过的路由路径，根据该路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息，确定该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本，包括：

采用式1确定一条路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本；

c_i,j＝(p_i-α_i,jd_i,j)²+(s_i,j-B_i)² 式1

其中，c_i,j表示第一卫星节点i到第二卫星节点j的信息传输成本，d_i,j表示第一卫星节点i至第二卫星节点j的信息传输距离，s_i,j表示第一卫星节点i传输至第二卫星节点j的传输数据包大小，B_i表示第一卫星节点i的信息传输带宽，p_i表示第一卫星节点i的信息传输功率，α为经验值。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，根据该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本，确定该路由路径的构建成本，包括：

将一个路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本相加，得到该路由路径的构建成本。

根据本公开的另一方面，提供了一种卫星路由建立装置，包括：

获取模块，用于获取卫星网络中各卫星节点的网络动态参数信息；

确定模块，用于根据各卫星节点的网络动态参数信息，确定从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径的构建成本；

选取模块，用于将构建成本最小的路由路径作为从源卫星节点到目的卫星节点的实际的路由路径。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，获取模块包括：

获取子模块，用于获取卫星网络中从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，确定模块包括：

第一确定子模块，用于对于每条可能经过的路由路径，根据该路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息，确定该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本；

第二确定子模块，用于根据该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本，确定该路由路径的构建成本。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，第一确定子模块包括：

第三确定子模块，用于采用式1确定一条路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本；

c_i,j＝(p_i-α_i,jd_i,j)²+(s_i,j-B_i)² 式1

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，第二确定子模块包括：

第四确定子模块，用于将一个路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本相加，得到该路由路径的构建成本。

根据本公开的另一方面，提供了一种卫星路由建立装置，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行上述方法。

根据本公开的另一方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。

本公开中，根据各卫星节点的网络动态参数信息确定从源卫星节点到目标卫星节点的可能经过的各路由路径的构建成本，从而将构建成本最小的路由路径作为实际的路由路径，能够在卫星网络的路由建立中充分考虑卫星网络动态变化，从而建立起高效且低成本的动态路由路径。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种卫星路由建立方法的流程图。

图2是根据另一示例性实施例示出的一种卫星路由建立方法的流程图。

图3是本公开一应用示例中卫星路由建立方法的流程图。

图4是本公开另一应用示例中卫星路由建立方法的流程图。

图5是本公开一应用示例中建立的卫星路由路径的示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种卫星路由建立装置的框图。

图7是根据另一示例性实施例示出的一种卫星路由建立装置的框图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1是根据一示例性实施例示出的一种卫星路由建立方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤100，获取卫星网络中各卫星节点的网络动态参数信息。

步骤101，根据各卫星节点的网络动态参数信息，确定从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径的构建成本。

步骤102，将构建成本最小的路由路径作为从源卫星节点到目的卫星节点的实际的路由路径。

本公开的卫星网络可以为低轨道卫星网络。卫星网络中包括多个卫星节点。随着卫星网络结构随机动态变化，每个卫星节点的网络动态参数信息可能发生变化。

作为本实施例的一个示例，步骤100包括：获取卫星网络中从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息。其中，卫星节点的网络动态参数信息包括但不限于卫星节点的信息传输带宽、卫星节点的信息传输功率、卫星节点在信息传输路径上与其下一跳卫星节点的信息传输距离和所传输的数据包大小中的至少一种。

例如，卫星网络中的各卫星节点可以广播自身的网络动态参数信息。卫星节点收到相邻卫星节点的网络动态参数信息后，可以作为中继节点继续广播自身的和收到的网络动态参数信息。这样，卫星网络中每个卫星节点可以收到卫星网络中所有卫星节点的网络动态参数信息。

在源卫星节点需要向目的卫星节点传输信息时，源卫星节点可以从存储的卫星网络中各卫星节点的网络动态参数信息中，获取从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息。

接着，源卫星节点根据各路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息，确定各路由路径的构建成本。然后，将构建成本最小的路由路径作为从源卫星节点到目的卫星节点的实际的路由路径。

图2是根据另一示例性实施例示出的一种卫星路由建立方法的流程图。如图2所示，步骤101包括：

步骤200，对于每条可能经过的路由路径，根据该路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息，确定该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本。

步骤201，根据该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本，确定该路由路径的构建成本。

作为本实施例的一个示例，步骤200包括：采用式1确定一条路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本。

c_i,j＝(p_i-α_i,jd_i,j)²+(s_i,j-B_i)² 式1，

其中，c_i,j表示第一卫星节点i到第二卫星节点j的信息传输成本，d_i,j表示第一卫星节点i至第二卫星节点j的信息传输距离，s_i,j表示第一卫星节点i传输至第二卫星节点j的传输数据包大小，B_i表示第一卫星节点i的信息传输带宽，p_i表示第一卫星节点i的信息传输功率，α为经验值，i、j为正整数。

在本示例中，α可以用于统一p_i与d_i,j的物理意义。例如，d_i,j的物理单位为千米，p_i的物理单位为瓦，则α的单位可以为瓦/千米。

在一种可能的实现方式中，可以根据需要调整α的数值，在此不做限定。

本实施例中，计算构建成本的卫星节点可以是源卫星节点、中继卫星节点或目的卫星节点。

作为本实施例的一个示例，步骤201包括：将一个路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本相加，得到该路由路径的构建成本。

例如，如果第一路由路径上的卫星节点包括：源卫星节点、第一中继卫星节点、第二中继卫星节点和目的卫星节点。其中，源卫星节点至第一中继卫星节点的信息传输成本为50，第一中继卫星节点至第二中继卫星节点的信息传输成本为30，第二中继卫星节点至目的卫星节点的信息传输成本为20。则第一路由路径的构建成本为100。

本公开可以获取卫星网络中网络结构的实时变化，实现面向网络动态变化网络路由路径的构建成本计算。

在一种应用示例中，如图3所示，该卫星路由建立方法应用于源卫星节点，该卫星路由建立方法包括以下步骤：

步骤300、不同的低轨道卫星节点通过广播发送自身的网络动态参数信息。如果一个卫星节点收到其他节点的网络动态参数信息，则作为中继卫星节点，继续通过广播发送自身的和收到的网络动态参数信息。这样，卫星网络中的各卫星节点均可以收到该卫星网络中所有卫星节点的网络动态参数信息。

步骤301、源卫星节点根据式1，确定该源卫星节点到目的卫星节点的可能经过的各路由路径的构建成本。通过成本来衡量不同卫星节点之间信息传输对节点资源所带来的消耗。

步骤302、源卫星节点比较所计算出的不同路径的构建成本，选择其中加权成本最小的路径，作为路由传输的路径，也就是作为源卫星节点到目的卫星节点的最佳路由路径。例如，如图5所示的路由路径。

在另一种应用示例中，如图4所示，该卫星路由建立方法应用于网络中的各卫星节点，包括源卫星节点、中继卫星节点、目的卫星节点等。该卫星路由建立方法可以包括以下步骤：

步骤400、不同的低轨道卫星节点通过广播发送自身的网络动态参数信息。具体过程与上一示例类似，在此不再赘述。

步骤401、源卫星节点根据式1确定源卫星节点与各相邻的卫星节点之间的传输成本。源卫星节点选取传输成本最小的相邻的卫星节点作为下一跳的第一中继卫星节点，并向该第一中继卫星节点发送路由请求。其中，路由请求的信息包括所需传送的数据包大小，以及源卫星节点将数据包传输至第一中继卫星节点所花费的传输成本。

步骤402、该第一中继卫星节点根据式1确其与各相邻的卫星节点之间的传输成本。然后，第一中继卫星节点选择其可传送范围内传输成本最小的下一跳的第二中继卫星节点之后，向第二中继卫星节点发送路由请求。

步骤403、被选为下一跳的各中继卫星节点均重复步骤402，并继续累加计算总的传输成本，直至将路由请求传送至目的卫星节点。

步骤404、如图5所示，目的卫星节点在接收到所有的相关路径及成本计算结果之后，按照所构建的路由路径，反馈回应信息至源卫星节点。然后信息开始从源卫星节点到目的卫星节点之间进行路由传输。

该方法在建立低轨道卫星网络源卫星节点到目的卫星节点的路由过程中，考虑结构动态变化的同时，选择构建路径成本最低的路由通道，从而建立更加稳定的低轨道卫星网络中的路由路径。

图6是根据一示例性实施例示出的一种卫星路由建立装置的框图。如图6所示，该装置包括：

获取模块41，用于获取卫星网络中各卫星节点的网络动态参数信息。

确定模块42，用于根据各卫星节点的网络动态参数信息，确定从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径的构建成本。

选取模块43，用于将构建成本最小的路由路径作为从源卫星节点到目的卫星节点的实际的路由路径。

图7是根据另一示例性实施例示出的一种卫星路由建立装置的框图。为了便于说明，在图7中仅展示出了与本实施例相关的部分。图7中标号与图6相同的组件具有相同的功能，为了简明起见，省略对这些组件的详细说明。如图7所示：

在一种可能的实现方式中，获取模块41包括：

获取子模块411，用于获取卫星网络中从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息。

在一种可能的实现方式中，确定模块42包括：

第一确定子模块421，用于对于每条可能经过的路由路径，根据该路由路径上的各卫星节点的网络动态参数信息，确定该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本。

第二确定子模块422，用于根据该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本，确定该路由路径的构建成本。

在一种可能的实现方式中，第一确定子模块421包括：

第三确定子模块，用于采用式1确定一条路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本。

c_i,j＝(p_i-α_i,jd_i,j)²+(s_i,j-B_i)² 式1

在一种可能的实现方式中，第二确定子模块422包括：

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims

1.一种卫星路由建立方法，其特征在于，包括：

通过接收卫星节点的广播，获取卫星网络中各卫星节点的网络动态参数信息，所述网络动态参数信息包括：卫星节点的信息传输带宽、卫星节点的信息传输功率、卫星节点在信息传输路径上与其下一跳卫星节点的信息传输距离和所传输的数据包大小；

根据各卫星节点的网络动态参数信息，确定从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径的信息传输成本和构建成本；

将构建成本最小的路由路径作为从源卫星节点到目的卫星节点的实际的路由路径；

所述各路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本包括：

c_i,j＝(p_i-α_i,jd_i,j)²+(s_i,j-B_i)²

其中，c_i,j表示第一卫星节点i到第二卫星节点j的信息传输成本，d_i,j表示第一卫星节点i至第二卫星节点j的信息传输距离，s_i,j表示第一卫星节点i传输至第二卫星节点j的传输数据包大小，B_i表示第一卫星节点i的信息传输带宽，p_i表示第一卫星节点i的信息传输功率，α_i,j为经验值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取卫星网络中各卫星节点的网络动态参数信息，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据各卫星节点的网络动态参数信息，确定从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径的信息传输成本和构建成本，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据该路由路径中每两个相邻卫星节点的信息传输成本，确定该路由路径的构建成本，包括：

5.一种卫星路由建立装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于通过接收卫星节点的广播，获取卫星网络中各卫星节点的网络动态参数信息，所述网络动态参数信息包括：卫星节点的信息传输带宽、卫星节点的信息传输功率、卫星节点在信息传输路径上与其下一跳卫星节点的信息传输距离和所传输的数据包大小；

确定模块，用于根据各卫星节点的网络动态参数信息，确定从源卫星节点到目的卫星节点可能经过的各路由路径的信息传输成本和构建成本；

选取模块，用于将构建成本最小的路由路径作为从源卫星节点到目的卫星节点的实际的路由路径；

c_i,j＝(p_i-α_i,jd_i,j)²+(s_i,j-B_i)²

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，获取模块包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，确定模块包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，第二确定子模块包括：

9.一种卫星路由建立装置，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为：

执行权利要求1至4中任意一项所述的方法。

10.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至4中任意一项所述的方法。