CN110324074A - 利用虚拟路由区对非对地静止轨道系统进行移动路由 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及利用虚拟路由区对非对地静止轨道系统进行移动路由。具体地，公开了利用虚拟路由区VRA对非对地静止轨道NGSO系统进行移动路由的系统、方法以及装置。所公开的方法包括以下步骤：为多个VRA中的各个VRA生成多个路由图。各个路由图用于不同时段，并且包括网关，和在与路由图关联的时段期间处在彼此视区和网关的视区内的卫星。该方法还包括以下步骤：为各个路由图生成至少一个时间分片图，其中，各个时间分片图示出处在与时间分片图关联的路由图上的至少一些卫星彼此之间的连接性。而且，该方法包括以下步骤，在各个时段期间，根据用于该时段的各个时间分片图，建立卫星之间的通信。

Description

利用虚拟路由区对非对地静止轨道系统进行移动路由
技术领域
本公开涉及移动卫星系统中的流量(traffic)路由。具体来说，其涉及利用虚拟路由区(VRA：virtual routing area)对非对地静止轨道(NGSO：non-geostationary orbit)移动系统进行包流量路由。
背景技术
非对地静止轨道(NGSO)系统采用处在低地球轨道(LEO：low earth orbit)或中地球轨道(MEO：medium earth orbit)的卫星星群，以相对于对地静止轨道(GEO：geostationary earth orbit)卫星的高速扫过地球。因此，NGSO系统需要比GEO系统支持更多数量的终端(例如，地面天线)切换(handover)。另外，与其中终端切换仅由终端移动性(例如，波束切换)引起的GEO系统不同，NGSO系统必须支持多种类型的切换，包括但不限于，卫星间切换(由于卫星运动、地球自转、和/或路径优化)、网关间切换(由于地球自转、用户终端移动性、和/或路径优化)、链路切换(由于链路中断，这可能是由于节点和/或链路失效)、以及波束切换(由于卫星运动、地球自转、波束偏斜、和/或用户终端移动性)。
用于路由NGSO系统的当前解决方案采用：利用板载窄带互联网协议(IP)路由器(即，卫星上的路由器)的链路状态路由。这种方法意味着板载路由器建立并保持与其邻近路由器的链路，在运行时建立并保持链路状态数据库的同步，并且在运行时调制/解调并且检查数据包，以便进行实时路由和转发决策。因此，每当存在切换事件时，需要实时更新针对整个卫星网络的路由。因为必须为各个切换事件更新整个网络，并且因为NGSO系统连接性不断变化，所以网络管理系统必须为每次路由更新执行大量计算。由于链路状态路由的可扩展性问题，因此，这种方法在规模上不超过几百颗卫星和关联链路。而且，该方法未提供用于解决用户终端切换要求的高性能或可扩展的解决方案。
因此，需要一种改进的路由技术，其允许针对大型NGSO卫星星群的可扩展性并且符合用户终端切换要求。
发明内容
本公开涉及利用虚拟路由区(VRA)对非对地静止轨道(NGSO)系统进行移动路由的系统、方法以及装置。在一个或更多个实施方式中，提供了一种用于对卫星系统进行路由的方法，该方法包括以下步骤：通过至少一个处理器，为多个虚拟路由区(VRA)中的各个虚拟路由区生成多个连接图(称为路由图)。路由图上的顶点(或节点)表示卫星、地面网关、终端(例如，用户终端、航空终端、和/或海事通信终端)、和/或地基蜂窝天线/基站。并且，路由图上的边(即，节点之间的用于连接节点的线或链路)表示这样的链路，即，该链路用于互连轨道面或星群内的卫星与卫星或横跨轨道面或星群的卫星与卫星、卫星与终端、卫星与地基蜂窝天线/基站、卫星与VRA的地面网关，或其任何组合。在一个或更多个实施方式中，各个路由图针对各个VRA用于不同时段。在至少一个实施方式中，各个路由图针对各个VRA包括与和路由图关联的VRA关联的网关，和在与路由图关联的时段期间处在彼此视区和网关的视区内的卫星。该方法还包括以下步骤：通过至少一个处理器为各个路由图生成至少一个时间分片图。在一个或更多个实施方式中，各个时间分片图示出处在与时间分片图关联的路由图上的至少一些卫星彼此之间的连接性。而且，该方法包括以下步骤，在各个时段期间，通过至少一个处理器根据用于该时段的针对各个VRA的各个时间分片图，建立卫星之间的连接性。
在一个或更多个实施方式中，该方法还包括以下步骤，在各个时段期间，通过至少一个处理器向用于该时段的针对各个VRA的路由图上的卫星分配与各个VRA的网关关联的互联网协议(IP)地址。在一些实施方式中，将互联网协议(IP)用于卫星系统内的所有通信。
在至少一个实施方式中，各个路由图示出至少一个终端与处在路由图上的至少一些卫星之间的连接性。在一些实施方式中，该方法还包括以下步骤，在各个时段期间，通过至少一个处理器根据用于该时段的针对各个VRA的各个路由图，建立至少一个终端与卫星之间的连接性。
在一个或更多个实施方式中，至少一个终端是静止的或移动的。在一些实施方式中，至少一个终端包括基带调制解调器，以及至少一个地基天线、机载天线，或船用天线。
在至少一个实施方式中，各个路由图示出至少一个地基蜂窝天线/基站与处在路由图上的至少一些卫星之间的连接性。在一些实施方式中，该方法还包括以下步骤，在各个时段期间，通过至少一个处理器根据用于该时段的针对各个VRA的各个路由图，建立所述至少一个地基蜂窝天线/基站与卫星之间的连接性。
在至少一个实施方式中，至少一个处理器位于全球网络运营中心(GNOC)。在一些实施方式中，各个网关包括与卫星地面站关联的地面天线。
在一个或更多个实施方式中，各个卫星是低地球轨道(LEO)卫星、中地球轨道(MEO)卫星，或对地静止轨道(GEO)卫星。在一些实施方式中，各个卫星采用极轨道或倾斜轨道。
在至少一个实施方式中，卫星系统包括多个卫星和多个网关。该系统还包括至少一个处理器，该至少一个处理器为多个虚拟路由区(VRA)中的各个虚拟路由区生成多个路由图。在一个或更多个实施方式中，各个路由图针对各个VRA用于不同时段。在至少一个实施方式中，各个路由图针对各个VRA包括与和路由图关联的VRA关联的网关之一，和在与路由图关联的时段期间处在彼此视区和网关的视区内的卫星。在一些实施方式中，至少一个处理器还为各个路由图生成至少一个时间分片图。在一个或更多个实施方式中，各个时间分片图示出处在与时间分片图关联的路由图上的至少一些卫星彼此之间的连接性。在至少一个实施方式中，至少一个处理器还在各个时段期间，根据用于该时段的针对各个VRA的各个时间分片图，建立卫星之间的连接性。
在一个或更多个实施方式中，在各个时段期间，至少一个处理器还用于向用于该时段的针对各个VRA的路由图上的卫星分配与各个VRA的网关关联的互联网协议(IP)地址。
在一个或更多个实施方式中，各个路由图示出至少一个终端与处在路由图上的至少一些卫星之间的连接性。在一些实施方式中，在各个时段期间，至少一个处理器还用于根据用于该时段的针对各个VRA的各个路由图，建立至少一个终端与卫星之间的通信。
在至少一个实施方式中，各个路由图示出至少一个地基蜂窝天线/基站与处在路由图上的至少一些卫星之间的连接性。在一些实施方式中，在各个时段期间，至少一个处理器还用于根据用于该时段的针对各个VRA的各个路由图，建立至少一个地基蜂窝天线/基站与所述卫星之间的连接性。
在一个或更多个实施方式中，该系统是一个透明的系统，其中各个网关托管(host)针对与网关关联的VRA内的卫星的虚拟IP路由器实例，并且其中该系统工作，以模拟各个卫星的各个有效载荷包括IP路由器。在至少一个实施方式中，各个卫星的各个有效载荷在物理层处透明地处理流量，并且能够与彼此相邻的卫星的有效载荷建立网络层路由对等关系。在一些实施方式中，虚拟IP路由器实例用于与彼此相邻的卫星建立链路层生成树(spanning tree)对等关系。
在至少一个实施方式中，该系统是再生系统，其中各个卫星的各个有效载荷包括IP路由器。
这些特征、功能以及优点可以在本公开的不同实施方式中独立地实现，或者可以在其它实施方式中组合。
附图说明
参照下列描述、所附权利要求书以及附图，本公开的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中：
图1是示出根据本公开至少一个实施方式的、可以由所公开的利用虚拟路由区(VRA)对非对地静止轨道(NGSO)系统进行移动路由的系统所采用的示例性路由图的图表。
图2是示出根据本公开至少一个实施方式的、可以由所公开的利用VRA对NGSO系统进行移动路由的系统所采用的示例性时间分片图的图表。
图3是根据本公开至少一个实施方式的、针对所公开的利用VRA对NGSO系统进行移动路由的系统的示例性功能框图。
图4是根据本公开至少一个实施方式的、针对所公开的利用VRA对NGSO系统进行移动路由的方法的流程图。
图5是根据本公开至少一个实施方式的、针对简化公开的利用VRA对NGSO系统进行移动路由的方法的流程图。
具体实施方式
在此公开的方法和装置提供了一种利用虚拟路由区(VRA)对非对地静止轨道(NGSO)系统进行移动路由的可操作系统。
如前所述，非对地静止轨道(NGSO)系统采用处在低地球轨道(LEO)或中地球轨道(MEO)的卫星星群，以相对于对地静止轨道(GEO)卫星的高速扫过地球。因此，NGSO系统需要比GEO系统支持更多数量的终端(例如，地面天线或卫星电话)切换。另外，与GEO系统不同，其中终端切换仅由终端移动性(例如，波束切换)引起，NGSO系统必须支持多种类型的切换，包括但不限于，卫星间切换(由于卫星运动、地球自转、和/或路径优化)、网关间切换(由于地球自转、用户终端移动性、和/或路径优化)、链路切换(由于链路中断，这可能是由于节点和/或链路失效)、以及波束切换(由于卫星运动、地球自转、波束偏斜、和/或用户终端移动性)。
用于路由NGSO系统的当前解决方案采用了，利用板载窄带互联网协议(IP)路由器(即，卫星上的路由器)的链路状态路由。这种方法意味着板载路由器建立并保持与其邻近路由器的链路，在运行时建立并保持链路状态数据库的同步，并且在运行时调制/解调并且检查数据包，以便进行实时路由和转发决策。因此，每当存在切换事件时，需要实时更新针对整个卫星网络的路由。因为必须为各个切换事件更新整个网络，并且因为NGSO系统连接性不断变化，所以网络管理系统必须为每次路由更新执行大量计算。由于链路状态路由的可扩展性问题，因此，这种方法在规模上不超过几百颗卫星和关联链路。而且，该方法未提供用于解决用户终端切换要求的高性能或可扩展的解决方案。
在一个或更多个实施方式中，本公开的系统减少了路径管理、动态路由和信令、以及用户终端将NGSO系统切换至由静态时间分片图的独特集合表示的简单链路状态路由场景的集合的复杂问题。该方法将虚拟路由区(VRA)和时间分片连接图的概念与软件定义网络(SDN)操作环境中的基于约束的路由和信令相结合。而且，这种方法将连接管理、位置管理、服务请求、关键绩效指标(KPI)监测、流量工程、准入控制、以及波束和载波管理集成到一个综合框架中，以便使能实现针对拥有高用户终端切换要求的系统(例如，NGSO系统)的动态、可扩展，以及高性能的解决方案。
具体来说，本公开的系统通过按任何给定时间间隔开发相关/连接的卫星的图，来提供如下解决方案，其通过创建虚拟路由区(VRA)来减少为确定卫星星群中的切换所需的计算数量。该图表示卫星到卫星和卫星到地面站的连接性。因为这个图是基于时间的，所以用于一时段(例如，一天的持续时间)的卫星网络连接性可以由多个静态图表示。这种表示减少了描述网络拓扑所需的计算数量，并使得能够使用现代IP协议来保持卫星星群中的通信。
在下面的描述中，阐述了许多细节，以便提供对本系统的更详尽描述。然而，本领域技术人员应当明白，本公开系统可以在没有这些具体细节的情况下加以实践。在其它情况下，未对公知特征进行详细描述，以不使不必要地模糊该系统。
本公开的实施方式在此可以从功能和/或逻辑组件以及各种处理步骤方面进行描述。应当清楚，这种组件可以通过被设置成执行指定功能的任何数量的硬件、软件、以及/或者固件组件来实现。例如，本公开的实施方式可以采用各种集成电路组件(例如，存储器部件、数字信号处理部件、逻辑部件、查寻表等)，其可以在一个或更多个处理器、微处理器或其它控制装置的控制下执行多种功能。另外，本领域技术人员应当清楚，本公开的实施方式可以结合其它组件加以时间，并且在此描述的系统仅是本公开的一个示例实施方式。
为简短起见，在此可能未详细描述与移动卫星系统有关的常规技术和组件，以及该系统(和该系统的各个操作组件)的其它功能方面。而且，在此包含的各个图中示出的连接线旨在表示各个部件之间的示例功能关系和/或物理联接。应注意到，在本公开的实施方式中可以存在许多另选或附加功能关系或物理连接。
图1是示出根据本公开至少一个实施方式的、可以由所公开的利用虚拟路由区(VRA)110a、110b、110c、110d对非对地静止轨道(NGSO)系统进行移动路由的系统采用的示例性路由图120a、120b、120c、120d的图表100。
在这个图中，对于VRA 110a、110b、110c、110d中的各个VRA，路由图120a、120b、120c、120d用于一特定时段。例如，路由图120a、120b、120c、120d都是一特定日期的特定时间(例如，所有路由图120a、120b、120c、120d表示特定路由(即，要使用的特定节点(例如，卫星)之间的连接在一年中的一特定日期持续从中午到下午12:04的四分钟间隔)。应注意到，在一个或更多个实施方式中，针对路由图120a、120b、120c、120d的该特定时段可以小于或大于4分钟，正如在这个示例中所使用的那样。
另外，应注意到，VRA 110a、110b、110c、110d中各个VRA覆盖地球上的特定地理区域，以使所述多个VRA 110a、110b、110c、110d一起覆盖地球上的特定地理区域(例如，大陆、海洋，或限定区域)。在一个或更多个实施方式中，所述多个VRA 110a、110b、110c、110d一起覆盖地球的整个表面。在其它实施方式中，所述多个VRA 110a、110b、110c、110d一起覆盖地球的一部分表面。应注意到，在一个或更多个实施方式中，与如图1所示四个VRA相比，可以将或多或少的VRA 110a、110b、110c、110d用于所公开的系统。另外，应注意到，可以通过利用边界路由协议(例如，BGP)来扩展所公开的系统，以将系统的各种全局区域(或VRA)互连在一起(按与用于互连互联网的不同部分的方式相同的方式)。
而且在这个图中，对于VRA 110a、110b、110c、110d中的各个VRA，路由图120a、120b、120c、120d皆被示出包括网关130a、130b、130c、130d。在一个或更多个实施方式中，网关130a、130b、130c、130d可以包括与卫星地面站关联的固定地面天线。在一些实施方式中，网关130a、130b、130c、130d可以是与车辆关联的移动天线。在至少一个实施方式中，网关130a、130b、130c、130d可以是终端，如用户终端(例如，移动终端，如蜂窝电话、智能电话、连接的汽车终端；固定终端；以及物联网(IoT)终端)，航空终端(例如，用于驾驶舱服务、位置跟踪服务，以及机上娱乐服务的终端)，以及海事通信终端(例如，用于船至船服务、安全/紧急服务、位置跟踪服务、以及娱乐服务的终端)。在一个或更多个实施方式中，终端包括调制解调器和至少一个地基天线(例如、地面天线、安装在建筑物顶上的天线、或者安装在陆地车辆(如坦克)上的天线)，机载天线(例如，安装在飞机上的天线)，或者船用天线(例如，安装在船上的天线)。终端可以是固定的(例如，固定的地面天线)或移动的(例如，卫星电话)。在一些实施方式中，网关130a、130b、130c、130d可以是地基蜂窝天线/基站。应注意到，在一个或更多个实施方式中，对于VRA 110a、110b、110c、110d中的各个VRA，路由图120a、120b、120c、120d中的各个路由图可以包括一个以上的网关130a、130b、130c、130d，如图3所示那样。
另外，路由图120a、120b、120c、120d皆被示出为包括多个特定节点(或顶点)(其由黑色和灰色球表示)，它们在针对路由图120a、120b、120c、120d的特定时段期间，处在彼此视区和网关130a、130b、130c、130d的视区内。例如，路由图120a(其针对VRA 110a)中所示的节点在特定时段内处在在彼视区和网关130a的视区内。在一个或更多个实施方式中，对于VRA 110a、110b、110c、110d中的各个VRA，路由图120a、120b、120c、120d中的各个路由图可以包括比图1中所示节点更多或更少的节点。
路由图120a、120b、120c、120d中的节点被示出为，经由线(或边)连接，这是用于连接节点的连接(或通信)链路。另外，VRA 110a、110b、110c、110d被示出为经由VRA 110a、110b、110c、110d的网关130a、130b、130c、130d之间的虚拟链路(VL)，并经由VRA110a、110b、110c、110d的邻近节点之间的虚拟链路(VL)连接在一起。
在一个或更多个实施方式中，路由图120a、120b、120c、120d中的至少一些节点可以是卫星。路由图120a、120b、120c、120d中的一些节点是在极轨道上运行的卫星(即，极轨道卫星)(如黑球所表示)，而路由图120a、120b、120c、120d中的其它节点是在倾斜轨道上运行的卫星(即，倾斜轨道卫星)(如灰球所表示)。在一个或更多个实施方式中，这些卫星可以是低地球轨道(LEO)卫星、中地球轨道(MEO)卫星、或对地静止轨道(GEO)卫星。应注意到，所公开的系统可以用于LEO卫星星群、MEO卫星星群、混合LEO/MEO卫星星群(其包括LEO和MEO卫星两者)、混合GEO/MEO卫星星群(其包括GEO和MEO卫星两者)、混合GEO/LEO卫星星群(其包括GEO和LEO卫星两者)、或混合GEO/MEO/LEO卫星星群(其包括GEO、MEO、以及LEO卫星)。
在一个或更多个实施方式中，路由图120a、120b、120c、120d中的至少一些节点可以是网关，其可以包括与卫星地面站关联的固定地面天线。在一些实施方式中，至少一些节点可以是与车辆关联的移动天线。在至少一个实施方式中，至少一些节点可以是终端，如用户终端(例如，移动终端，如蜂窝电话、智能电话、连接的汽车终端；固定终端；以及物联网(IoT)终端)，航空终端(例如，用于驾驶舱服务、位置跟踪服务，以及机上娱乐服务的终端)，以及海事通信终端(例如，用于船至船服务、安全/紧急服务、位置跟踪服务，以及娱乐服务的终端)。在一个或更多个实施方式中，终端包括调制解调器和至少一个地基天线(例如、地面天线、安装在建筑物顶上的天线、或者安装在陆地车辆(如坦克)上的天线)，机载天线(例如，安装在飞机上的天线)，或者船用天线(例如，安装在船上的天线)。终端可以是固定的(例如，固定的地面天线)或移动的(例如，卫星电话)。在一些实施方式中，至少一些节点可以是地基蜂窝天线/基站。
在至少一个实施方式中，至少一些节点可以操作为地基网络和/或蜂窝网络中的接入点操作。对于这些实施方式来说，这些节点可以用于接合至卫星网络和/或地基蜂窝网络，并因此，形成如下系统，该系统在美国被称为辅助地基组件(ATC：AncillaryTerrestrial Component)，在欧洲被称为补充地面组件(CGC:Complementary GroundComponent)。
在这个图中，通过实线彼此连接的任意节点可以彼此通信(即，具有连接性)。另外，路由图120a、120b、120c、120d示出了网关130a、130b、130c、130d与VRA 110a、110b、110c、110d的节点之间的连接性(例如，通信)，如虚线所示。
而且在这个图中，操作为骨干区域的网关130b被示出为包括全球网络运营中心(GNOC)140。GNOC 140可以包括至少一个处理器(未示出)，其位于至少一个服务器(未示出)或计算装置(未示出)上。在一个或更多个实施方式中，GNOC 140与所示的节点和/或网关130a、130c通信。应注意到，所有虚拟链路(VL)把VRA 110a、110b、110c、110d连接回至骨干区域(例如，网关130b)，如图1所示。
在图1的所公开系统的操作期间(例如，针对透明卫星系统)，至少一个处理器(例如，其可以位于全球网络运营中心(GNOC)140)(例如虚拟路由器)对于VRA110a、110b、110c、110d中的各个VRA，生成用于特定时段的路由图120a、120b、120c、120d(例如，在一年中的特定日期(例如，2019年1月1日)的特定时间(例如，从中午到下午12:04)期间的特定持续时间(例如，四分钟))。路由图120a、120b、120c、120d内的节点(例如，卫星)在针对特定路由图120a、120b、120c、120d的特定时段期间，处在彼此视区和该特定路由图120a、120b、120c、120d的网关130a、130b、130c、130d的视区内。应注意到，处理器(例如，虚拟路由器)同样将为VRA 110a、110b、110c、110d生成用于其它时段的路由图。例如，处理器可以为VRA110a、110b、110c、110d生成用于每四分钟间隔、用于一整天、用于任意天数的路由图。这样，处理器可以在把路由图用于连接之前，很好地生成该路由图。
应注意到，图1所示的系统是透明卫星系统，其中，各个网关130a、130b、130c、130d托管针对接合至该特定网关130a、130b、130c、130d的节点(例如，卫星)的虚拟互联网协议(IP)路由器实例。这样，各个网关130a、130b、130c、130d被认为是包括虚拟路由器。对于透明卫星系统来说，该系统工作以模拟：各个卫星的各个有效载荷包括IP路由器。各个卫星的有效载荷在物理层处透明地处理所有流量，但依靠卫星有效载荷和网关托管的虚拟路由器实例的关联，能够与路由图中的相邻节点(例如，卫星)建立网络层路由对等关系。还可以通过利用网关托管的虚拟交换机实例在链路层应用该概念，以与路由图120a、120b、120c、120d中的相邻交换节点(例如，卫星)建立链路层生成树对等关系。
然而，应注意到，所公开的系统可以另选为再生系统，其中，各个卫星为自己托管虚拟互联网协议(IP)路由器实例，因此，每颗卫星被认为是包括虚拟路由器。对于再生系统来说，各个卫星的各个有效载荷都包括IP路由器。
图2是示出根据本公开至少一个实施方式的、可以由所公开的利用VRA对NGSO系统进行移动路由的系统采用的示例性时间分片图220a1、220b1、220c1、220d1、220a2、220b2、220c2、220d2的图表。在这个图中，用于VRA的路由图(例如，图1的VRA110a的路由图120a)由两个分离的路由图210a、210b表示(即，分开)，其中一个路由图210a表示VRA 110a内的表示为倾斜轨道卫星的节点，而另一路由图210b表示VRA 110a内的表示为极轨道卫星的节点。
路由图210a内的垂直实线皆表示面间节点(例如，卫星)，其中由垂直实线连接的任何节点(例如，卫星)都处在相邻的轨道面内，并且可以互相通信。路由图210a内的对角实线皆表示面内节点(例如，卫星)，其中由对角垂直实线连接的任何节点(例如，卫星)都处在同一轨道面内，并且可以互相通信。
路由图210b内的垂直实线皆表示面内节点(例如，卫星)，其中由垂直实线连接的任何节点(例如，卫星)都处在同一轨道面内，并且可以互相通信。路由图210b内的对角实线皆表示面间节点(例如，卫星)，其中由对角垂直实线连接的任何节点(例如，卫星)都处在相邻轨道面内，并且可以互相通信。
在本公开系统的操作期间，至少一个处理器(例如，其可以位于全球网络运营中心(GNOC)140)(例如虚拟路由器)通过利用基于约束的优化算法，为各个路由图生成至少一个时间分片图220a1、220b1、220c1、220d1、220a2、220b2、220c2、220d2，以变为该节点(例如，卫星)建立路由用于特定时段。例如，处理器为用于VRA 110a的路由图210a生成时间分片图220a1、220b1、220c1、220d1用于四个时间增量(t＝0、T＝1ΔT、t＝2ΔT、以及t＝3ΔT)(即，用于四个时期(epoch))。作为另一示例，处理器为用于四个时间增量(t＝0、T＝1ΔT、t＝2ΔT、以及t＝3ΔT)的针对VRA 110a的路由图210b生成时间分片图220a2、220b2、220c2、220d2。该时间增量例如可以每隔一分钟(例如，ΔT＝1分钟)。而且，例如，当N等于3时，时间分片图220a1、220a2用于2019年1月1日中午至下午12:01的时段；时间分片图220b1、220b2用于2019年1月1日下午12:01至12:02的时段；时间分片图220c1、220c2用于2019年1月1日下午12:02至12:03的时段；以及时间分片图220d1、220d2用于2019年1月1日下午12:03至12:04的时段。在一个或更多个实施方式中，该时间增量可以是比一分钟(如在该示例中使用的)更长或更短的持续时间。在一些实施方式中，对于至少一些时间分片图，该时间增量可以具有各种不同的时长。另外，在一个或更多个实施方式中，处理器可以为各个路由图生成多于或少于四个时间分片图，如在这个示例中使用的那样。
各个时间分片图220a1、220b1、220c1、220d1、220a2、220b2、220c2、220d2上的连接节点(例如，卫星)的粗线示出了，在针对该特定时间分片图的特定时段期间的特定节点(例如，卫星)之间的连接性(即，通信)。例如，针对时段t＝0(例如，2019年1月1日中午至下午12:01的时段)，时间分片图220a1示出了一组四个节点(例如，倾斜轨道卫星)在该时段期间彼此具有连接性(即，通信中)。作为另一示例，针对时段t＝1ΔT(例如，2019年1月1日下午12:01至12:02的时段)，时间分片图220b1示出了一组四个节点(例如，倾斜轨道卫星)在该时段期间彼此具有连接性(即，通信中)，并且示出了另一组四个节点(例如，倾斜轨道卫星)在该时段期间彼此具有连接性(即，通信中)。作为又一示例，针对时段t＝2ΔT(例如，2019年1月1日下午12:02至12:03的时段)，时间分片图220c1示出了一组四个节点(例如，倾斜轨道卫星)(其彼此具有连接性(即，通信中))和另一组四个节点(例如，倾斜轨道卫星)(其彼此具有连接性(即，通信中))在该时段期间彼此具有连接性(即，通信中)(即全部八个节点(例如，倾斜轨道卫星)在该时段期间彼此具有连接性(即，通信中))。
而且，在操作期间，在该时段期间(例如，针对时段t＝0)，处理器(例如，虚拟路由器)向针对该时段的路由图(例如，路由图120a)中示出的节点(例如，卫星)，分配与和该时段关联的路由图(例如，路由图120a)的网关(例如，网关130a)关联的特定虚拟互联网协议(IP)和介质访问控制(MAC)层地址(例如，互联网协议(IP)地址)。例如，路由图(例如，路由图120a)内的各个节点(例如，卫星)将被指派与路由图(例如，路由图120a)内所示的网关(例如，网关130a)关联的唯一IP地址。在一个或更多个实施方式中，将互联网协议(IP)用于所公开系统内的所有通信。
而且，在该时段期间(例如，针对时段t＝0)，如时间分片图(例如，时间分片图220a1、220a2)所示，处理器针对该时段建立节点(例如，卫星)彼此之间的连接性(例如，通信)。因此，在该时段期间，如时间分片图(例如，时间分片图220a1、220a2)所示，这些节点(例如，卫星)针对该时段彼此具有连接性(即，通信中)。
图3是根据本公开至少一个实施方式的、针对所公开的利用VRA对NGSO系统进行移动路由的系统的示例性功能框图300。在这个图中，为系统中的各个节点(例如，卫星)的各个拓扑状态(例如，针对各个时期)创建前向信息数据库(FIB)实例。
在用于创建FIB实例的操作期间，连接管理(其分析网络的不同面之间的所有不同连接)310和位置管理(其分析系统中的节点(例如，卫星和/或终端)的所有位置)320一起确定连接性矩阵(例如，为各个VRA生成时间分片图)330。根据该连接性矩阵330，配置卫星的卫星波束，并且配置卫星信号的载波频率。连接管理310和位置管理320利用数据(包括但不限于，服务请求(例如，与用户的服务请求有关)360、关键性能参数(KPI)370、以及服务水平协议(SLA)要求(例如，服务的黄金级、白银级，以及青铜级)380连同准入控制390和流量矩阵392，以在恰当时候连续且动态地更新连接性矩阵330。
路由管理器393利用连接性矩阵330和流量矩阵392以及流量工程数据库394来管理节点(例如，卫星和终端)之间的连接性路径。流量工程数据库394包括针对各个时段(例如，时期)的流量工程数据库(TED)395和针对各个时段(例如，时期)的路由信息数据库(RIB)396。而且，信令管理器391利用SLA要求380和流量工程数据库394来管理使用该路径作为传输的会话。
图4是根据本公开至少一个实施方式的、针对所公开的利用VRA对NGSO系统进行移动路由的方法400的流程图。在方法400的开始(405)，至少一个处理器(例如，其可以位于全球网络运营中心(GNOC)140)向各个网关(例如，网关130a)处的系统资源管理器(SRM)(例如，虚拟路由器)发布图形(例如，时间分片图220a1、220b1、220c1、220d1)用于数量N个时期(即，用于N个时段，如t＝0、t＝1Δt、t＝2Δt、…、t＝NΔT)(410)。然后，各个网关SRM(例如，虚拟路由器)为用于针对各个VRA的各个时期的时间分片图计算(即，确定)基于约束的路径(即，各个网关SRM基于时间分片图和约束(例如，带宽容量、时间延迟、和/或信号强度损耗的加权组合)，来确定节点(例如，卫星)彼此之间的要利用的最短通信路径)(415)。
然后，各个网关SRM(例如，虚拟路由器)确定已经针对当前时期实现了网络会聚(例如，时间分片图的卫星网络中的各个节点(例如，卫星和/或用户终端)使它们的数据库在网络中完全同步)(420)。然后，各个网关SRM(例如，虚拟路由器)根据时间分片图为针对当前时期的节点(例如，卫星)加载有效载荷配置(例如，各个网关SRM基于从先前时间分片图到当前时间分片图的变化，针对最近添加的卫星并且针对删除的卫星动态地切换卫星上的天线波束)(425)。
然后，至少一个处理器(例如，其可以位于全球网络运营中心(GNOC)140)确定该时期是否是针对该时间分片图的最后时期(即，时期数是否等于N)(435)。如果处理器确定该时期是最后的时期，那么处理器将针对所有VRA的横跨该系统的时期数重置回至初始值(例如，将N重置成零(0))(440)。然后，处理器将确定该拓扑针对系统中的各个VRA是否已经发生改变(例如，各个网关查看的节点(例如，卫星)是否有变化、系统中的任何节点(例如，卫星)是否不在服务中、和/或系统中是否存在任何通信链路失效)(445)。如果处理器确定任何卫星拓扑没有变化，那么方法400将返回至所示步骤415。
然而，如果处理器确定针对任何VRA的拓扑发生了变化，那么处理器将基于针对那些VRA的拓扑变化，来更新针对所有剩余时期的时间分片图(450)。然后，方法400将返回至步骤410，如图所示。
如果处理器确定该时期不是最后的时期，那么处理器将针对所有VRA的横跨该系统的时期数递增至下一个值(例如，如果N等于一(1)，那么处理器将N递增至等于二(2))(430)。然后，方法400将进行至步骤445，如图所示。
图5是根据本公开至少一个实施方式的、针对简化公开的利用VRA对NGSO系统进行移动路由的方法500的流程图。在方法500的开始(510)，至少一个处理器(例如，其可以位于全球网络运营中心(GNOC)140)为多个虚拟路由区(VRA)中的各个虚拟路由区生成多个路由图(520)。在一个或更多个实施方式中，各个路由图针对各个VRA用于不同时段。在一些实施方式中，各个路由图针对各个VRA包括与和该路由图关联的VRA关联的网关，和在与该路由图关联的时段期间处在彼此视区和该网关的视区内的节点(例如，卫星、终端、网关、和/或地基蜂窝天线/基站)。然后，至少一个处理器为各个路由图生成至少一个时间分片图(530)。在一个或更多个实施方式中，各个时间分片图示出处在与该时间分片图关联的路由图上的至少一些节点之间的连接性。
在各个时段期间，至少一个处理器向用于该时段的针对各个VRA的路由图上的节点分配与各个VRA的网关关联的互联网协议(IP)地址(540)。而且，在各个时段期间，至少一个处理器根据针对该时段的针对各个VRA的各个时间分片图，建立节点之间的连接性(550)。然后，方法500结束(560)。
尽管已经示出并描述了特定实施方式，但应当明白，上面的讨论不是旨在限制这些实施方式的范围。虽然在此已经公开并描述了本发明的许多方面的实施方式和变型例，但这种公开仅出于说明和例示的目的而提供。因此，在不脱离权利要求书的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
在上述方法表示按特定次序出现特定事件的情况下，受益于本公开的本领域普通技术人员将认识到，该排序可以修改并且这种修改根据本公开的变型例。另外，方法的多个部分可以在可能时按并行处理同时执行，和顺序地执行。另外，可以执行该方法的更多部分或更少部分。
因此，实施方式旨在例证可以落入权利要求书的范围内的另选例、修改例以及等同物。
尽管在此公开了特定例示性实施方式和方法，但本领域技术人员根据前述公开应当明白，在不脱离所公开技术的真实精神和范围的情况下，可以对这种实施方式和方法进行改变和修改。存在所公开技术的许多其它示例，仅在细节方面皆不同于其它示例。因此，所公开技术仅仅受限于所附权利要求书和规则以及适用法律原则所要求的范围。
而且，本公开包括根据下列条款的实施方式：
条款1.一种用于路由卫星系统的方法，该方法包括以下步骤：
通过至少一个处理器(140)，为多个虚拟路由区(VRA)(110)中的各个虚拟路由区生成多个路由图(120)，
其中，各个路由图(120)针对各个VRA(110)用于不同时段，并且
其中，各个路由图(120)针对各个VRA(110)包括与和路由图(120)关联的VRA(110)关联的网关(130)，和在与该路由图(120)关联的时段期间处在彼此视区和所述网关(130)的视区内的卫星；
通过所述至少一个处理器(140)为各个路由图(120)生成至少一个时间分片图(220)，其中，各个时间分片图(220)示出处在与该时间分片图(220)关联的路由图(120)上的至少一些卫星彼此之间的连接性；并且
在各个时段期间，通过所述至少一个处理器(140)根据针对用于该时段的各个VRA(110)的各个时间分片图(220)，建立卫星之间的连接性。
条款2.根据条款1所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤，在各个时段期间，通过所述至少一个处理器(140)向用于该时段的针对各个VRA(110)的路由图(120)上的卫星分配与各个VRA(110)的网关(130)关联的互联网协议(IP)地址。
条款3.根据条款1所述的方法，其中，将互联网协议(IP)用于所述卫星系统内的所有通信。
条款4.根据条款1所述的方法，其中，各个路由图(120)示出至少一个终端与处在该路由图(120)上的至少一些卫星之间的连接性；并且
其中，所述方法还包括以下步骤，在各个时段期间，通过所述至少一个处理器(140)根据用于该时段的针对各个VRA(110)的各个路由图(120)，建立所述至少一个终端与卫星之间的连接性。
条款5.根据条款4所述的方法，其中，所述至少一个终端是如下中的一种：静止的和移动的。
条款6.根据条款4所述的方法，其中，所述至少一个终端包括：地基天线、机载天线或船用天线中的至少一个天线，以及基带调制解调器。
条款7.根据条款1所述的方法，其中，各个路由图(120)示出至少一个地基蜂窝天线/基站与处在该路由图(120)上的至少一些卫星之间的连接性；并且
其中，所述方法还包括以下步骤，在各个时段期间，通过所述至少一个处理器(140)根据用于该时段的针对各个VRA(110)的各个路由图(120)，建立所述至少一个地基蜂窝天线/基站与卫星之间的连接性。
条款8.根据条款1所述的方法，其中，所述至少一个处理器(140)位于全球网络运营中心(GNOC)(140)。
条款9.根据条款1所述的方法，其中，各个网关(130)包括与卫星地面站关联的地面天线。
条款10.根据条款1所述的方法，其中，各个卫星是低地球轨道(LEO)卫星、中地球轨道(MEO)卫星和对地静止轨道(GEO)卫星中的一种。
条款11.根据条款1所述的方法，其中，各个卫星采用极轨道和倾斜轨道中的一者。
条款12.一种卫星系统，该卫星系统包括：
至少一个处理器(140)，该至少一个处理器为多个虚拟路由区(VRA)(110)中的各个虚拟路由区生成多个路由图(120)，
其中，各个路由图(120)针对各个VRA(110)用于不同时段，
其中，各个路由图(120)针对各个VRA(110)包括：与和该路由图(120)关联的VRA(110)关联的相应网关(130)，和在与该路由图(120)关联的时段期间处在彼此视区和所述网关(130)的视区内的卫星，
所述至少一个处理器(140)还为各个路由图(120)生成至少一个时间分片图(220)，其中，各个时间分片图(220)示出处在与该时间分片图(220)关联的路由图(120)上的至少一些卫星彼此之间的连接性，并且
所述至少一个处理器(140)还在各个时段期间，根据用于该时段的针对各个VRA(110)的各个时间分片图(220)，建立卫星之间的连接性。
条款13.根据条款12所述的系统，其中，在各个时段期间，所述至少一个处理器(140)还向用于该时段的针对各个VRA(110)的路由图(120)上的卫星分配与各个VRA(110)的网关(130)关联的互联网协议(IP)地址。
条款14.根据条款12所述的系统，其中，互联网协议(IP)用于所述卫星系统内的所有通信。
条款15.根据条款12所述的系统，其中，各个路由图(120)示出至少一个终端与处在该路由图(120)上的至少一些卫星之间的连接性；并且
在各个时段期间，所述至少一个处理器(140)还用于根据用于该时段的针对各个VRA(110)的各个路由图(120)，建立所述至少一个终端与所述卫星之间的通信。
条款16.根据条款12所述的系统，其中，各个路由图(120)示出至少一个地基蜂窝天线/基站与处在该路由图(120)上的至少一些卫星之间的连接性；并且
在各个时段期间，所述至少一个处理器(140)还根据用于该时段的针对各个VRA(110)的各个路由图(120)，建立所述至少一个地基蜂窝天线/基站与卫星之间的连接性。
条款17.根据条款12所述的系统，其中，所述系统是透明的系统，其中各个网关(130)托管针对与所述网关(130)关联的VRA(110)内的卫星的虚拟IP路由器实例，并且
其中，所述系统工作以模拟各个卫星的各个有效载荷包括IP路由器。
条款18.根据条款17所述的系统，其中，各个卫星的各个有效载荷在物理层处透明地处理流量，并且能够与彼此相邻的卫星的有效载荷建立网络层路由对等关系。
条款19.根据条款17所述的系统，其中，所述虚拟IP路由器实例用于与彼此相邻的卫星建立链路层生成树对等关系。
条款20.根据条款12所述的系统，其中，所述系统是再生系统，其中各个卫星的各个有效载荷包括IP路由器。

Claims (15)

1.一种用于对卫星系统进行路由的方法，该方法包括以下步骤：
通过至少一个处理器(140)，针对多个虚拟路由区VRA(110)中的各个虚拟路由区生成多个路由图(120)，
其中，各个路由图(120)针对各个VRA(110)用于不同时段，并且
其中，各个路由图(120)针对各个VRA(110)包括：与和该路由图(120)关联的VRA(110)关联的网关(130)；和在与该路由图(120)关联的时段期间处在彼此视区和所述网关(130)的视区内的卫星；
通过所述至少一个处理器(140)针对各个路由图(120)生成至少一个时间分片图(220)，其中，各个时间分片图(220)示出处在与该时间分片图(220)关联的路由图(120)上的至少一些卫星彼此之间的连接性；并且
在各个时段期间，通过所述至少一个处理器(140)，根据用于该时段的针对各个VRA(110)的各个时间分片图(220)，建立卫星之间的连接性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：在各个时段期间，通过所述至少一个处理器(140)，向用于该时段的针对各个VRA(110)的路由图(120)上的卫星，分配与各个VRA(110)的网关(130)关联的互联网协议IP地址。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，互联网协议IP被用于所述卫星系统内的所有通信。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，各个路由图(120)示出至少一个终端与处在该路由图(120)上的至少一些卫星之间的连接性；并且
其中，所述方法还包括以下步骤：在各个时段期间，通过所述至少一个处理器(140)，根据用于该时段的针对各个VRA(110)的各个路由图(120)，建立所述至少一个终端与卫星之间的连接性。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个终端是如下中的一者：静止的和移动的。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个终端包括：地基天线、机载天线和船用天线中的至少一种天线，以及基带调制解调器。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，各个路由图(120)示出至少一个地基蜂窝天线/基站与处在该路由图(120)上的至少一些卫星之间的连接性；并且
其中，所述方法还包括以下步骤：在各个时段期间，通过所述至少一个处理器(140)，根据用于该时段的针对各个VRA(110)的各个路由图(120)，建立所述至少一个地基蜂窝天线/基站与卫星之间的连接性。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个处理器(140)位于全球网络运营中心GNOC(140)处。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，各个网关(130)包括与卫星地面站关联的地面天线。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，各个卫星是如下中的一种：低地球轨道LEO卫星、中地球轨道MEO卫星和对地静止轨道GEO卫星。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，各个卫星采用极轨道和倾斜轨道中的一者。
12.一种卫星系统，该卫星系统包括：
至少一个处理器(140)，所述至少一个处理器(140)为多个虚拟路由区VRA(110)中的各个虚拟路由区生成多个路由图(120)，
其中，各个路由图(120)针对各个VRA(110)用于不同时段，
其中，各个路由图(120)针对各个VRA(110)包括：与和该路由图(120)关联的VRA(110)关联的相应网关(130)；和在与该路由图(120)关联的时段期间处在彼此视区和所述网关(130)的视区内的卫星，
所述至少一个处理器(140)还针对各个路由图(120)生成至少一个时间分片图(220)，其中，各个时间分片图(220)示出处在与该时间分片图(220)关联的路由图(120)上的至少一些卫星彼此之间的连接性，并且
所述至少一个处理器(140)还在各个时段期间，根据用于该时段的针对各个VRA(110)的各个时间分片图(220)，建立卫星之间的连接性。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，在各个时段期间，所述至少一个处理器(140)还向用于该时段的针对各个VRA(110)的路由图(120)上的卫星，分配与各个VRA(110)的网关(130)关联的互联网协议IP地址。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，互联网协议IP用于所述卫星系统内的所有通信。
15.根据权利要求12所述的系统，其中，各个路由图(120)示出至少一个终端与处在该路由图(120)上的至少一些卫星之间的连接性；并且
在各个时段期间，所述至少一个处理器(140)还根据用于该时段的针对各个VRA(110)的各个路由图(120)，建立所述至少一个终端与卫星之间的通信。
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