CN114070771B - 一种低轨星座组播路由方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低轨星座组播路由方法。它涉及卫星通信领域中低轨星座网络路由技术。本发明针对低轨星座拓扑高动态、用户分布不均衡、星上资源受限等问题，设计适用于低轨星座网络的组播路由方法，在每个时间片拓扑内基于最小生成树算法生成一颗或多颗组播转发树用于该拓扑内的组播数据转发，将组播数据流与组播转发树进行解耦，避免终端大规模组网情况下由于移动切换和加入剪枝叠加造成的组播转发树频繁计算。该方法能够简化低轨星座网络中组播转发树的生成和更新，降低组播转发树的维护开销，减小组播转发树切换次数，防止引起组播路由振荡和组播数据环路。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信领域中低轨星座网络路由技术，特别涉及一种低轨星座组播路由方法。
背景技术
低轨星座网络相对高轨通信星座而言，具有更低的轨道高度和传输时延、能够全球无缝覆盖以及小型化终端等优势，利用低轨星座网络可以为各类用户提供移动和宽带各类通信服务。低轨星座网络作为地面网络的延伸和扩展，可为地面网络提供流量分担、恶略环境下的通信保障、全球化通信传输等功能。
在地面网络中，已经存在成熟的多种组播路由协议，主要包括DVMRP、MOSPF、PIM-DM、PIM-SM、PIM-SSM等。这些协议采用的是最短路径树算法，由信令或业务驱动建立最短路径树用于组播IP数据的转发。这些协议和算法主要用在地面拓扑稳定的有线网络中。而在低轨星座网络中，由于拓扑高动态变化、节点能力受限、用户分布不均衡等特性，无法直接应用这些地面标准路由协议。
首先，标准组播路由协议在低轨星座网络中的扩展性很差，且依赖于单播路由协议，并且需要定期刷新状态，周期维护组播流状态，而星载节点能力受限，不能支持大规模终端组网。
其次，标准组播路由协议针对地面固定网络设计，无法适应卫星终端的跨星跨波束切换等特性，标准组播路由协议不支持移动性，在组播路由器发生移动后，重配地址，重新等待单播路由协议收敛，严重限制标准组播路由协议在天基网络中的使用。
目前，低轨星座网络中的组播路由算法研究比较多，国内外研究人员从降低切换开销、降低系统利用率、优化星间负载均衡、保障服务质量等多个角度对低轨组播路由的优化策略进行过研究，也提出了很多理论算法。但这些理论算法考虑的工程化因素较少，可实现性较差。
发明内容
本发明旨在解决低轨星座网络组播路由技术的难题。提供一种低轨星座组播路由方法，在每个时间片拓扑内基于最小生成树算法生成一颗或多颗组播转发树用于该拓扑内的组播数据转发，将组播数据流与组播转发树进行解耦，避免终端大规模组网情况下由于移动切换和加入剪枝叠加造成的组播转发树频繁计算。该方法能够简化低轨星座网络中组播转发树的生成和更新，降低组播转发树的维护开销，减小组播转发树切换次数，防止引起组播路由振荡和组播数据环路。
为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案为：
一种低轨星座组播路由方法，包括以下步骤：
(1)根据星间链路的通断关系将低轨星座星间网络拓扑划分为若干离散拓扑；基于最小生成树算法为每个离散拓扑计算一颗最小生成树或多颗最小生成树；
(2)根据发送组播流的地面终端所在的低轨卫星节点、接收组播流的地面终端所在的低轨卫星节点和下行星地端口，以及组播流使用的最小生成树确定组播转发树使用的所有低轨卫星节点和低轨卫星节点的组播流转发出口；
(3)在一个离散拓扑内，组播流在星间按照确定的组播转发树基于转发标识进行转发，当组播流在组播转发树上转发时，若组播流的入端口为星间转发端口，则组播流的出端口集合排除组播流的入端口。
其中，为实现组播流在整个星座星间网络链路的负载均衡时，生成多颗不同的最小生成树对组播流量进行分担；为满足组播流对特定时延和带宽的服务质量需求时，用时延或带宽为代价计算生成多颗不同的最小生成树。
其中，地面终端的组播加入剪枝情况根据地面终端需求提报和星历计算进行预规划或通过地面终端运行组播路由信令动态获取；若低轨卫星节点的下行星地端口不再存在接收组播的地面终端时，将从组播转发树中该低轨卫星节点的组播流出口中删除下行星地端口，当低轨卫星节点的下行星地端口存在至少一个接收组播的地面终端时，将下行星地端口添加入组播转发树中对应低轨卫星节点的组播流出口中。
其中，组播流在组播转发树上转发时，不同的组播流使用不同的转发标识。
其中，当发生组播的地面终端或接收组播的地面终端发生跨波束跨星切换时，组播转发树需要根据切换后使用的低轨卫星节点和最小生成树进行更新。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
本发明有效解决了低轨星座网络组播路由技术的难题，实现了组播数据流与组播转发树解耦，本发明针对每个时间片离散拓扑建立一颗或多颗组播转发树，与背景技术每条组播数据流建立一颗组播转发树相比，大大降低了低轨星座网络组播转发树的数目，组播转发树的数目与低轨星座网络离散拓扑个数成正比，避免终端大规模组网情况下由于移动切换和加入剪枝叠加造成的组播转发树频繁计算。该方法简化了低轨星座网络中组播转发树的生成和更新，降低组播转发树的维护开销，减小组播转发树切换次数，能够防止组播路由振荡和组播数据环路。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
具体实施方式
图1描述了基于最小生成树的低轨星座组播转发树切换的场景。其中，R代表组播接收卫星终端，S代表组播源卫星终端。在T1时刻的时间片离散拓扑中，基于最小生成树算法计算出该拓扑下的组播转发树，用于从S到R的组播数据转发；在T2时刻的时间片离散拓扑中，此时S从0101卫星切换到了0102卫星，基于最小生成树算法计算出该拓扑下的组播转发树，用于S到R的组播数据转发；在T3时刻的时间片离散拓扑下，基于最小生成树算法计算出该拓扑下的组播转发树，用于S到R的组播数据转发，两个R分别从0202卫星、0302卫星切换到了0203卫星、0303卫星，0202卫星、0302卫星上的星地出口将被从组播转发树中删除，0203卫星、0303卫星上的星地出口将被添加为组播转发树的出口；在Tn时刻的时间片离散拓扑下，基于最小生成树算法计算出该拓扑下的组播转发树，用于S到R的组播数据转发，两个R均从0203卫星、0303卫星切换到了0204卫星，0203卫星、0303卫星上的星地出口将被从组播转发树中删除，0204卫星上的星地出口将被添加为组播转发树的出口。
参照图1，本发明的具体实施方式包含以下几个步骤：
一种低轨星座组播路由方法，包括以下步骤：
(1)根据星间链路的通断关系将低轨星座星间网络拓扑划分为若干离散拓扑；基于最小生成树算法为每个离散拓扑计算一颗最小生成树或多颗最小生成树；
为实现组播流在整个星座星间网络链路的负载均衡时，生成多颗不同的最小生成树对组播流量进行分担；为满足组播流对特定时延和带宽的服务质量需求时，用时延或带宽为代价计算生成多颗不同的最小生成树。
地面终端的组播加入剪枝情况根据地面终端需求提报和星历计算进行预规划或通过地面终端运行组播路由信令动态获取；若低轨卫星节点的下行星地端口不再存在接收组播的地面终端时，将从组播转发树中该低轨卫星节点的组播流出口中删除下行星地端口，当低轨卫星节点的下行星地端口存在至少一个接收组播的地面终端时，将下行星地端口添加入组播转发树中对应低轨卫星节点的组播流出口中。
(2)根据发送组播流的地面终端所在的低轨卫星节点、接收组播流的地面终端所在的低轨卫星节点和下行星地端口，以及组播流使用的最小生成树确定组播转发树使用的所有低轨卫星节点和低轨卫星节点的组播流转发出口；
(3)在一个离散拓扑内，组播流在星间按照确定的组播转发树基于转发标识进行转发，当组播流在组播转发树上转发时，若组播流的入端口为星间转发端口，则组播流的出端口集合排除组播流的入端口。
其中，不同的组播流使用不同的转发标识。当发生组播的地面终端或接收组播的地面终端发生跨波束跨星切换时，组播转发树需要根据切换后使用的低轨卫星节点和最小生成树进行更新。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种低轨星座组播路由方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据星间链路的通断关系将低轨星座星间网络拓扑划分为若干离散拓扑；基于最小生成树算法为每个离散拓扑计算一颗最小生成树或多颗最小生成树；
(2)根据发送组播流的地面终端所在的低轨卫星节点、接收组播流的地面终端所在的低轨卫星节点和下行星地端口，以及组播流使用的最小生成树确定组播转发树使用的所有低轨卫星节点和低轨卫星节点的组播流转发出口；
(3)在一个离散拓扑内，组播流在星间按照确定的组播转发树基于转发标识进行转发，当组播流在组播转发树上转发时，若组播流的入端口为星间转发端口，则组播流的出端口集合排除组播流的入端口。
2.根据权利要求1所述的低轨星座组播路由方法，其特征在于，为实现组播流在整个星座星间网络链路的负载均衡时，生成多颗不同的最小生成树对组播流量进行分担；为满足组播流对特定时延和带宽的服务质量需求时，用时延或带宽为代价计算生成多颗不同的最小生成树。
3.根据权利要求1所述的低轨星座组播路由方法，其特征在于，地面终端的组播加入剪枝情况根据地面终端需求提报和星历计算进行预规划或通过地面终端运行组播路由信令动态获取；若低轨卫星节点的下行星地端口不再存在接收组播的地面终端时，将从组播转发树中该低轨卫星节点的组播流出口中删除下行星地端口，当低轨卫星节点的下行星地端口存在至少一个接收组播的地面终端时，将下行星地端口添加入组播转发树中对应低轨卫星节点的组播流出口中。
4.根据权利要求1所述的低轨星座组播路由方法，其特征在于，组播流在组播转发树上转发时，不同的组播流使用不同的转发标识。
5.根据权利要求1所述的低轨星座组播路由方法，其特征在于，当发生组播的地面终端或接收组播的地面终端发生跨波束跨星切换时，组播转发树需要根据切换后使用的低轨卫星节点和最小生成树进行更新。
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