CN112511214B - 基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法 - Google Patents

基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，这种方法的基本思想是，当星上转发控制模块监测到链路异常信息后，向星座内所有卫星广播这一信息，所有卫星将包含该异常路径的路由表项置为无效，并重新生成交换表配置给交换模块，使得数据转发避开异常链路，这种方法可以实现异常情况下无地面干预的应急转发处理。本发明针对星间链路异常设计星上自主的转发恢复机制，实现原理简单，可操作性强，可靠性较高。本发明提出的方法可以应用于鸿雁、国家宽带互联网等类似的低轨星座系统中，对低轨星座载荷的设计具有指导意义。

Description

基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法
技术领域
本发明提供基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，属于低轨星座系统技术领域，研究如何基于上注路由表应对突发异常并采取应急措施。
背景技术
铱星系统是全球第一个星上具有处理能力的低轨星座系统。该系统借助部署在全球的地面站实现路由表的上注。当检测到异常时，铱星系统依赖全球的地面站实现快速上注和快速恢复。
由于我国全球布站能力有限，按照铱星的方式更新路由表时间很长，响应很慢，可实现性较差。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：针对按照铱星的方式上注路由表预先计算无法应对突发异常的缺点，提供基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，结合链路的实际情况进行自主的转发控制，加快星座对异常情况的响应。
本发明所提供的技术方案是：基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，该方法包括如下步骤：
S1、每颗卫星维护n个快照路由表，所述快照路由表中的路由表项包括不同时间片对应的以该卫星为源节点，其他各卫星为目的节点的所有路径，以及每条路径的状态，每条路径分为激活状态和未激活状态激活的路径表示可用，未激活状态表示不可用，n大于等于1；
S2、每颗卫星不断收集处理星上设备的工作状态信息，根据星上设备的工作状态信息检测星间链路状态，获得异常星间链路信息之后，在维护的快照路由表中进行检索，将包含该异常星间链路的路径置为未激活状态，保持其余路由表项不变，之后，将该异常星间链路信息转发至其他卫星以及地面控制系统，之后，按照更新的快照路由表生成交换表，避开该异常链路；
S3、各星收到异常星间链路信息之后，在维护的快照路由表中进行检索，将包含该异常星间链路的路径置为未激活状态，保持其余路由表项不变，将该异常星间链路信息转发至其他卫星以及地面，之后，按照更新的快照路由表生成交换表，避开该异常链路。
所述地面控制系统通过如下方法生成初始的快照路由表：
S11、在时域上进行时间片划分；
S12、根据卫星运动轨迹获得每个时间片的星间拓扑结构；
S13、根据星间拓扑结构，计算得到以该卫星为源节点，其他各卫星为目的节点的所有路径，所有路径均为激活状态；
S14、对于相同源节点和目的节点的n条路径，按照预设的优先级依次排序。
所述快照路由表还由地面控制系统按照一定的间隔传输至卫星，由星上转发控制模块存储，转发控制模块根据路由表中的时间信息，在对应时间到来之前将由路由表生成的交换表配置给交换模块，交换模块在指定的时间段依据交换表转发。
所述地面控制系统通过下列方法更新快照路由表：
S21、在时域上进行时间片划分；
S22、根据卫星运动轨迹及卫星的当前状态获得每个时间片的星间拓扑结构；
S23、根据星间拓扑结构，计算得到以该卫星为源节点，其他各卫星为目的节点的所有正常路径，所有路径均为激活状态；
S24、对于相同源节点和目的节点的n条路径，按照预设的优先级依次排序。
所述星间链路异常的任意卫星将该异常信息通过正常的星间链路转发至所有其他卫星。
所述星间链路异常信息采用如下帧格式进行传送：
帧头 帧类型 序号 异常链路端1 异常链路端2 时间信息 帧尾
。
本发明相对于现有技术的有益效果在于：
(1)、本发明针对异常星间链路现象在全网广播异常信息，所有卫星均将路由表中包含异常链路的路径置为未激活，重新选择转发路径，使得数据转发避开异常链路，实现异常情况下无地面干预的转发应急处理；
(2)、本发明既利用了已有路由表的信息，又结合了链路的实际情况，与上注路由模式下完全依赖上注的路由表转发相比对异常情况的响应更快。
附图说明
图1为本发明实施例星间链路异常时应急转发方法流程图；
图2为本发明实施例不同时间片星间拓扑示例图；
图3为本发明实施例星上设备示意图；
图4为本发明实施例星间链路异常时的转发失败路径示例图；
图5为本发明实施例星间链路异常时更新后的路径示例图。
具体实施方式
以下结合附图具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提出了基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，该方法包括如下步骤：
S1、每颗卫星维护n个快照路由表，所述快照路由表中的路由表项包括不同时间片对应的以该卫星为源节点，其他各卫星为目的节点的所有路径，以及每条路径的状态，每条路径分为激活状态和未激活状态激活的路径表示可用，未激活状态表示不可用，n大于等于1；
S2、每颗卫星不断收集处理星上设备的工作状态信息，根据星上设备的工作状态信息检测星间链路状态，获得异常星间链路信息之后，在维护的快照路由表中进行检索，将包含该异常星间链路的路径置为未激活状态，保持其余路由表项不变，之后，将该异常星间链路信息转发至其他卫星以及地面，之后，按照更新的快照路由表生成交换表，避开该异常链路；
星间链路异常的任意卫星将该异常信息通过正常星间链路转发至所有其他卫星。
所述星间链路异常信息采用如下帧格式进行传送：
帧头 帧类型 序号 异常链路端1 异常链路端2 时间信息 帧尾
。
S3、各星收到异常星间链路信息之后，在维护的快照路由表中进行检索，将包含该异常星间链路的路径置为未激活状态，保持其余路由表项不变，将该异常星间链路信息转发至其他卫星以及地面，之后，按照更新的快照路由表生成交换表，避开该异常链路。
地面控制系统通过如下方法生成初始的快照路由表：
S11、在时域上进行时间片划分；
S12、根据卫星运动轨迹获得每个时间片的星间拓扑结构；
S13、根据星间拓扑结构，计算得到以该卫星为源节点，其他各卫星为目的节点的所有路径，所有路径均为激活状态；
S14、对于相同源节点和目的节点的n条路径，按照预设的优先级依次排序。
所述快照路由表还由地面控制系统按照一定的间隔传输至卫星，由星上转发控制模块存储，转发控制模块根据路由表中的时间信息，在对应时间到来之前将由路由表生成的交换表配置给交换模块，交换模块在指定的时间段依据交换表转发。
所述地面控制系统通过下列方法计算最新的快照路由表：
S21、在时域上进行时间片划分；
S22、根据卫星运动轨迹及卫星的当前状态获得每个时间片的星间拓扑结构；
S23、根据星间拓扑结构，计算得到以该卫星为源节点，其他各卫星为目的节点的所有正常路径，所有路径均为激活状态；
S24、对于相同源节点和目的节点的n条路径，按照预设的优先级依次排序。
实施例1
本发明某一具体实施例提供了一种基于快照路由的低轨星座星间链路异常时的应急转发处理方法，该方法对于已经上注至星上的快照路由，当某个星间链路异常时通过给所有卫星广播这一信息，各卫星均进行链路标记，使得后续转发避开该异常链路。
所述快照路由表如下：
卫星网由N个轨道面，每个轨道面有M颗卫星的N*M颗卫星组成，星间路由依据拓扑快照计算生成，根据卫星拓扑在时域上按照t进行时间片划分。在每个时间片t，星间拓扑可以看作是固定不变的，如图2所示。在每个时间片内，由于不同卫星节点的路由表都是以其为根节点的路径树，因此，需要将T内各卫星在各个时间片的路由表上传给各个卫星节点。考虑到链路状态的差异，去往每个目的卫星的路径有多条，相应地，某卫星i的路由表示例如下：
Figure BDA0002786362510000051
Figure BDA0002786362510000061
Figure BDA0002786362510000071
其中，激活的路径表示可用路径，未激活的路径表示不可用。
所述上注路由表使用方法如下：
如图3所示，地面系统将上述路由表上注至星上，由星上转发控制模块存储，转发控制模块根据路由表中的时间片信息，在对应时间片到来之前将路由表配置给交换模块，交换模块在指定的时间段依据路由表转发。
所述星间链路异常时的在轨应急处理方法如下：
步骤一：卫星i转发控制模块不断收集处理星上设备的工作状态信息；所述星上设备包括星上载荷、天线等；根据星上设备的工作状态信息，获得某星间链路异常的信息。
步骤二：卫星i转发控制模块在其维护的路由表中检索，将路径中有该异常链路的路径均置为未激活，其余路由表项不变。转发控制模块将该时间片更新后的路由表配置给交换模块；
步骤三：卫星i在全网广播该异常链路的信息，每颗卫星的转发控制模块收到后在其维护的路由表中检索，将路径中有该异常链路的路径均置为未激活，其余路由表项不变。转发控制模块将该时间片更新后的路由表配置给交换模块；
异常链路的信息采用如下帧格式传送：
Figure BDA0002786362510000081
步骤四：该卫星将异常链路信息在正常星间链路上的用于传输控制信息的信道上不断扩散，即异常链路信息在全网中广播，直至所有卫星都收到，每一个收到该异常信息的卫星，首先检查该异常链路信息是否超时(系统根据网络规模设置该帧的存活周期)，如果是则丢弃，如果不是，则根据其中的序号确认是否重复收到，如果重复则丢弃，如果没有重复则执行步骤二、三、四。
至此，所有卫星的交换模块均按照更新的路由表执行转发，避开了该异常链路；
步骤五：地面根据遥测信息判断出星间链路异常，重新计算路由表并上注至所有卫星。
如图4所示，卫星1和2间的星间链路故障，导致卫星4经卫星1送往卫星2的数据无法被送达，同样地，关口站经卫星2送往卫星1的数据也无法送达。
如图5所示，经应急处理后，卫星4送往关口站的数据沿着卫星1，卫星5、卫星6的路径转发，成功送往关口站。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、每颗卫星维护n个快照路由表，所述快照路由表中的路由表项包括不同时间片对应的以该卫星为源节点，其他各卫星为目的节点的所有路径，以及每条路径的状态，每条路径分为激活状态和未激活状态，激活的路径表示可用，未激活状态表示不可用，n大于等于1；
S2、每颗卫星不断收集处理星上设备的工作状态信息，根据星上设备的工作状态信息检测星间链路状态，获得异常星间链路信息之后，在维护的快照路由表中进行检索，将包含该异常星间链路的路径置为未激活状态，保持其余路由表项不变，之后，将该异常星间链路信息转发至其他卫星以及地面控制系统，之后，按照更新的快照路由表生成交换表，避开该异常星间链路；
S3、各星收到异常星间链路信息之后，在维护的快照路由表中进行检索，将包含该异常星间链路的路径置为未激活状态，保持其余路由表项不变，将该异常星间链路信息转发至其他卫星以及地面，之后，按照更新的快照路由表生成交换表，避开该异常链路。
2.根据权利要求1所述的基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，其特征在于地面控制系统通过如下方法生成初始的快照路由表：
S11、在时域上进行时间片划分；
S12、根据卫星运动轨迹获得每个时间片的星间拓扑结构；
S13、根据星间拓扑结构，计算得到以该卫星为源节点，其他各卫星为目的节点的所有路径，所有路径均为激活状态；
S14、对于相同源节点和目的节点的n条路径，按照预设的优先级依次排序。
3.根据权利要求1所述的基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，其特征在于所述快照路由表还由地面控制系统按照一定的间隔传输至卫星，由星上转发控制模块存储，转发控制模块根据路由表中的时间信息，在对应时间到来之前将由路由表生成的交换表配置给交换模块，交换模块在指定的时间段依据交换表转发。
4.根据权利要求1所述的基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，其特征在于所述地面控制系统通过下列方法更新快照路由表：
S21、在时域上进行时间片划分；
S22、根据卫星运动轨迹及卫星的当前状态获得每个时间片的星间拓扑结构；
S23、根据星间拓扑结构，计算得到以该卫星为源节点，其他各卫星为目的节点的所有正常路径，所有路径均为激活状态；
S24、对于相同源节点和目的节点的n条路径，按照预设的优先级依次排序。
5.根据权利要求1所述的基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，其特征在于星间链路异常的任意卫星将异常信息通过正常的星间链路转发至所有其他卫星。
6.根据权利要求1所述的基于快照路由的低轨星座星间链路异常时应急转发方法，其特征在于所述星间链路异常信息包括帧头、帧类型、序号、异常链路端1、异常链路端2、时间信息、帧尾。
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