CN112351469A - 一种基于星间链路的路由优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于星间链路的路由优化方法，采用静态路由与动态路由相结合的路由算法，卫星的星座拓扑运行有规律、可预测，一幅快照在一段时间内静态不变，在此基础上加入动态路由，通过周期性地发送裁剪优化后的路由包来探测链路的连通性，以便在链路断开时能及时更改路径，动态路由协议采用优化后的OLSR路由协议。本发明是为了弥补静态路由不能实时反应链路状态、抗毁性差的不足，提供一种占用较少资源还能使用动态拓扑的路由方法，该方法依据星历参数计算出一幅快照周期内的静态路由表，静态路由表中存储本节点相邻的卫星节点号，即本节点所有可能的一跳节点，进而裁剪路由包的内容，从而弥补了静态路由抗毁性差、动态路由资源不够用的不足。

Description

一种基于星间链路的路由优化方法
技术领域
本发明涉及无线电传输技术领域，具体涉及一种基于星间链路的路由优化方法。
背景技术
卫星网络具有网络拓扑持续快速动态变化、星间链路传输时延长且误码率高、负载数据流量分布不均衡、星上处理和存储能力有限的特点，因此其路由应具备网络拓扑动态变化适应性、抗毁性和高效性。目前常见的基于虚拟拓扑的路由算法是静态路由，其在卫星系统运行之初提前计算星上路由表，或者在系统运行过程中由地面站统一计算后上传到卫星网络中，所有卫星只需要存储路由表并在固定时刻切换相应的路由表即可，该方法实现简单，但抗毁性较差，当星座中某颗卫星出现故障的时候，会导致某些链路遥测数据将无法下传(或者遥控指令无法上注)；还有一种是链路状态算法，其思想是根据地面网络路由算法得到的，属于动态路由，网络中所有卫星节点实时交互链路状态信息，通过自适应算法改变他们的路由策略，以反映拓扑结构的变化，通常也会反映出流量的变化情况，抗毁性较好，但实现复杂，占用星上资源多，无法满足在无线资源受限的的星间链路环境中实现路由信息的正常发送。
发明内容
本发明是为了弥补静态路由不能实时反应链路状态、抗毁性差的不足，提供一种占用较少资源还能使用动态拓扑的路由方法，该方法依据星历参数计算出一幅快照周期内的静态路由表，静态路由表中存储本节点相邻的卫星节点号，即本节点所有可能的一跳节点，进而可对路由包的内容进行裁剪优化，从而弥补了静态路由抗毁性差、动态路由资源不够用的不足。
本发明提供一种基于星间链路的路由优化方法，包括如下步骤：
S1、任务初始化；根据星历参数计算出一幅快照周期内的静态路由表；
S2、查询信息：hello包定时器中断后，查询链路感知表、邻居节点表、MPR表，得到本节点与本节点的邻居节点之间的链路状态信息；查询静态路由表，得到本节点的全部一跳卫星的节点号；
S3、新建hello包：用对应字段分别表示本节点与每个一跳卫星的链路状态信息，全部链路状态信息组成新的hello包；
S4、下发新的hello包：将新的hello包组成需发送的帧格式，通过无线链路发出；TC包填入本节点所有的MPRs节点信息并发送；
S5、更新信息：根据新的hello包的交互更新链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表、MPR表和MPR选择表，根据TC包的交互更新拓扑表；
S6、建立动态路由表：根据链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表、拓扑表和静态路由表信息，得到动态路由表。
本发明所述的一种基于星间链路的路由优化方法，作为优选方式，步骤S2中链路状态信息包括邻居节点类型信息和链路类型信息。
本发明所述的一种基于星间链路的路由优化方法，作为优选方式，步骤S3中，对应字段包括邻居节点类型信息的对应字段和链路类型信息的对应字段。
本发明所述的一种基于星间链路的路由优化方法，作为优选方式，每个邻居节点类型信息的对应字段的大小为10bit以下。
本发明所述的一种基于星间链路的路由优化方法，作为优选方式，每个链路类型信息的对应字段的大小为10bit以下。
本发明所述的一种基于星间链路的路由优化方法，作为优选方式，每个对应字段大小为20bit以下。
本发明所述的一种基于星间链路的路由优化方法，作为优选方式，新的hello包的大小为对应字段大小的整数倍。
本发明的技术解决方案是：采用静态路由与动态路由相结合的路由算法，卫星的星座拓扑运行有规律、可预测，一幅快照在一段时间内静态不变，在此基础上加入动态路由，通过周期性地发送裁剪优化后的路由包来探测链路的连通性，以便在链路断开时能及时更改路径，动态路由协议采用优化后的OLSR路由协议。
具体步骤如下：
(1)任务初始化，根据星历参数计算出一幅快照周期内的静态路由表。
(2)定时器中断后，查询链路感知表、邻居节点表、MPR表，得到hello包的重要内容，即节点与其邻居节点之间的链路状态信息。
(3)查询静态路由表，得知本节点的全部一跳卫星的节点号。
(4)根据步骤(2)和步骤(3)的信息，用对应字段分别表示本节点与其全部一跳卫星的关系，组成hello包。
(5)将步骤(4)的hello包组成需发送的帧格式，通过无线链路发出。
(6)TC包填入本节点所有的MPRs节点信息并发送。
(7)根据hello包的交互更新链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表、MPR表和MPR选择表，根据TC包的交互更新拓扑表。
(8)根据步骤(7)中的链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表和拓扑表以及静态路由表信息，更新动态路由表。
本发明具有以下优点：
(1)本发明创新弥补了静态路由不能实时反应链路状态、抗毁性差的不足，能够实时更新选择最优路径。
(2)充分利用星间网络拓扑可预测的特点，对hello包进行裁剪优化，使其无需反应与每个节点的链路关系，而只要表达与其N个方位的全部一跳卫星节点的链路关系，极大降低了路由开销，使hello包开销降低约65％，能在无线资源受限的的星间链路环境中进行传输。
附图说明
图1为一种基于星间链路的路由优化方法路由流程图；
图2为一种基于星间链路的路由优化方法路由星间网络拓扑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1-2所示，一种基于星间链路的路由优化方法，包括如下步骤：
S1、任务初始化；根据星历参数计算出一幅快照周期内的静态路由表；
S2、查询信息：hello包定时器中断后，查询链路感知表、邻居节点表、MPR表，得到本节点与本节点的邻居节点之间的链路状态信息；
查询静态路由表，得到本节点N个方位的全部一跳卫星的节点号；
S3、新建hello包：用对应字段分别表示本节点与本节点若干个个方位的每个一跳卫星的链路状态信息，全部链路状态信息组成新的hello包；
S4、下发新的hello包：将新的hello包组成需发送的帧格式，通过无线链路发出；TC包填入本节点所有的MPRs节点信息并发送；
S5、更新信息：根据新的hello包的交互更新链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表、MPR表和MPR选择表，根据TC包的交互更新拓扑表；
S6、建立动态路由表：根据链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表、拓扑表和静态路由表信息，得到动态路由表。
实施例2
如图1-2所示，一种基于星间链路的路由优化方法，包括如下步骤：
S1、任务初始化；根据星历参数计算出一幅快照周期内的静态路由表，星历参数包括星历表和历书；
S2、查询信息：hello包定时器中断后，查询链路感知表、邻居节点表、MPR表，得到本节点与本节点的邻居节点之间的链路状态信息；
链路状态信息包括邻居节点类型信息和链路类型信息；
查询静态路由表，得到本节点的全部一跳卫星的节点号；
S3、新建hello包：用对应字段分别表示本节点与本节点的每个一跳卫星的链路状态信息，全部链路状态信息组成新的hello包；
对应字段包括邻居节点类型信息的对应字段和链路类型信息的对应字段；每个邻居节点类型信息的对应字段的大小为10bit以下；每个链路类型信息的对应字段的大小为10bit以下；每个对应字段大小为20bit以下；新的hello包的大小为对应字段大小的整数倍；
S4、下发新的hello包：将新的hello包组成需发送的帧格式，通过无线链路发出；TC包填入本节点所有的MPRs节点信息并发送；
S5、更新信息：根据新的hello包的交互更新链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表、MPR表和MPR选择表，根据TC包的交互更新拓扑表；
S6、建立动态路由表：根据链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表、拓扑表和静态路由表信息，得到动态路由表。
本发明的基本思路是：采用静态路由与动态路由相结合的路由算法，卫星的星座拓扑运行有规律、可预测，一幅快照在一段时间内静态不变，在此基础上加入OLSR动态路由协议，通过周期性地发送路由包来探测链路的连通性，以便在链路断开时能及时更改路径。为了能在无线资源受限的的星间链路环境中正常发送路由包，这里对hello包进行裁剪优化。
实施例3
如图1-2所示，一种基于星间链路的路由优化方法，包括如下步骤：
(1)任务初始化，根据星历参数计算出一幅快照周期内的静态路由表。
(2)定时器中断后，查询链路感知表、邻居节点表、MPR表，得到hello包的重要内容，即本节点与其邻居节点之间的链路状态信息。
(3)查询静态路由表，得知本节点若干个方位的全部一跳卫星的节点号。
(4)根据步骤(2)和步骤(3)的信息，用对应字段分别表示本节点与其若干个方位的全部一跳卫星的关系，组成hello包。
(5)将步骤(4)的hello包组成需发送的帧格式，通过无线链路发出。
(6)TC包填入本节点所有的MPRs节点信息并发送。
(7)根据hello包的交互更新链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表、MPR表和MPR选择表，根据TC包的交互更新拓扑表。
(8)根据步骤(7)中的链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表、拓扑表和静态路由表信息，更新路由表。
实施例4
如图1-2所示，一种基于星间链路的路由优化方法，包括如下步骤：
(1)对于图2中P2-4节点，根据星历参数计算出一幅快照周期内的静态路由表，即存储其上、下、左、右四颗星的节点号分别为P2-5，P2-3，P1-4，P3-4。
(2)hello包定时器中断后，查询链路感知表、邻居节点表、MPR表，得到hello包的重要内容，即节点与其邻居节点P2-5，P2-3，P1-4，P3-4之间的链路状态信息分别为:对称链路、为本节点MPR，对称链路、为本节点MPR，对称链路、非本节点MPR，对称链路、为本节点MPR。
(3)查询静态路由表，得知本节点上、下、左、右四颗星的节点号分别为P2-5，P2-3，P1-4，P3-4。
(4)根据步骤(2)和步骤(3)的信息，用4个4bit分别表示本节点与其上、下、左、右四个节点的关系1010，1010，1001，1010，组成hello包。与每个节点的链路状态信息用4bit表示，其中2bit表示邻居节点类型信息，2bit表示链路类型信息。
(5)将步骤(4)的hello包组成需发送的帧格式，通过无线链路发出。
(6)TC包填入本节点所有的MPRs节点信息并发送。
(7)根据hello包的交互更新链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表、MPR表和MPR选择表，根据TC包的交互更新拓扑表。
(8)根据步骤(7)中的链路感知表、邻居节点表、二跳邻居节点表和拓扑表以及静态路由表信息，更新路由表。在P2-4的路由表中，P2-5，P2-3和P3-4是一跳可达节点，而要到达P1-4，需经过P2-3->P1-3->P1-4的路径。
本发明涉及的OLSR动态路由协议的路由信息包括hello包和TC包，其中hello包主要是用以建立一个节点的邻居表，通过周期性地广播hello包来侦听邻居节点的状态，主要是侦听无线链路的对称性，尤其是用于邻居节点之间的控制信息和计算该节点的MPR；TC包用来发布MPRs信息，以帮助其他节点建立到它的路由，并通过周期性地交换信息来维护网络拓扑。hello包的发送流程如图1所示，组hello包时要将本节点与周围节点的链路关系包含进去。本发明正是基于卫星网络拓扑的规律性、可预测，对hello包内容进行了裁剪优化，使其能够在无线资源受限的星间链路环境中进行传输。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于星间链路的路由优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、任务初始化；根据星历参数计算出一幅快照周期内的静态路由表；
S2、查询信息：hello包定时器中断后，查询链路感知表、邻居节点表、MPR表，得到本节点与所述本节点的邻居节点之间的链路状态信息；
查询所述静态路由表，得到所述本节点的全部一跳卫星的节点号；
S3、新建hello包：用对应字段分别表示所述本节点与每个所述一跳卫星的所述链路状态信息，全部所述链路状态信息组成新的hello包；
S4、下发新的hello包：将所述新的hello包组成需发送的帧格式，通过无线链路发出；TC包填入所述本节点所有的MPRs节点信息并发送；
S5、更新信息：根据所述新的hello包的交互更新所述链路感知表、所述邻居节点表、二跳邻居节点表、所述MPR表和MPR选择表，根据所述TC包的交互更新拓扑表；
S6、建立动态路由表：根据所述链路感知表、所述邻居节点表、所述二跳邻居节点表、所述拓扑表和所述静态路由表信息，得到动态路由表。
2.根据权利要求1所述的一种基于星间链路的路由优化方法，其特征在于：步骤S2中所述链路状态信息包括所述邻居节点类型信息和所述链路类型信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于星间链路的路由优化方法，其特征在于：步骤S3中，所述对应字段包括所述邻居节点类型信息的对应字段和所述链路类型信息的对应字段。
4.根据权利要求3所述的一种基于星间链路的路由优化方法，其特征在于：每个所述邻居节点类型信息的对应字段的大小为10bit以下。
5.根据权利要求3所述的一种基于星间链路的路由优化方法，其特征在于：每个所述链路类型信息的对应字段的大小为10bit以下。
6.根据权利要求3所述的一种基于星间链路的路由优化方法，其特征在于：每个所述对应字段大小为20bit以下。
7.根据权利要求6所述的一种基于星间链路的路由优化方法，其特征在于：所述新的hello包的大小为所述对应字段大小的整数倍。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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