CN114747191B - 基于几何位置的包转发方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在网络中路由数据包的方法和装置。对于能够将所述包路由到另一个目的地的每个附近设备，确定相关联的成本或效用。选择具有最低成本或最高效用的设备，并将所述包转发到所述设备。所述选择可以使用比较器树。所述成本或效用可以与将所述数据包从候选设备转发到另一个目的地相关联。所述成本或效用可以基于从所述候选设备到所述另一个目的地的距离，并且可以使用半正矢函数或所述半正矢函数的近似或者通过计算源自地心的第一矢量和第二矢量的内积来确定，所述第一矢量指向所述候选设备，所述第二矢量指向另一个目的地。

Description

基于几何位置的包转发方法和装置

相关申请交叉引用

本申请要求于2019年12月19日提交的、发明名称为“基于几何位置的包转发(Packet Forwarding Based on Geometric Location)”的美国非临时专利申请序列号为16/721,171的优先权权益，该申请通过全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及基于包的数据网络，例如光卫星网状网络，具体涉及用于支持在这种网络中进行包转发的方法和装置。

背景技术

正在开发低地球轨道(low earth orbit，LEO)卫星星座，以提供无线数据网络服务等，包括访问诸如互联网的数据网络。目前提出将一组卫星分布在空间中，并将这些卫星组织成网状网络。提出将自由空间光学(即激光)链路作为在卫星之间提供高带宽网络连接的一种方式。其它类型的链路(例如，基于射频或微波的链路)也是可能的。

数据包可以沿着各种路径通过卫星网状网络路由。由于LEO星座中的卫星相对于地球表面快速移动，因此将包路由到基于地球的目的地需要考虑卫星位置和与目的地位置的接近度。在这种情况下，计算有效的路由路径需要确定数据应路由到的卫星，然后确定通过网络到确定的卫星的路径。这些操作可能是计算密集型的，目前的路由方法需要针对卫星网状网络进行改进和定制。

地理路由涉及基于地理位置信息的包的路由。地理路由方案使用地理位置标识符，而不是其它不相关的(通常是静态的)网络地址，作为做出路由决策的基础。这种路由方案针对无线网络是已知的，但尚未针对卫星网络广泛开发。

因此，需要消除或减少现有技术的一个或多个限制的用于支持在卫星网状网络和类似网络中进行包转发的方法和装置。

提供该背景信息是为了揭示申请人认为可能与本发明相关的信息。不必有意承认，也不应该解释任何前述信息构成针对本发明的现有技术。

发明内容

本发明实施例的目的是提供用于例如在基于地理信息选择路径的卫星网络中进行包转发的方法和装置。

根据本发明的实施例，提供了一种用于在网络中路由数据包的方法。所述方法包括：对于能够进一步处理所述数据包以路由到另一个目的地的多个目的地设备中的每一个目的地设备，确定与将所述数据包转发到所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备相关联的相应成本或效用。所述方法还包括：至少部分地基于成本或效用选择所述多个目的地设备中的一个目的地设备；将所述数据包转发到所述多个目的地设备中的所述选择的一个目的地设备。

根据本发明的实施例，提供了一种用于在网络中路由数据包的装置。所述装置包括成本确定器，用于对于能够进一步处理所述数据包以路由到另一个目的地的多个目的地设备中的每一个目的地设备，确定与将所述数据包转发到所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备相关联的相应成本或效用。所述装置还包括目的地选择器，用于选择所述多个目的地设备中的一个目的地设备。所述装置还包括包转发器，用于将所述数据包转发到所述多个目的地设备中的选择的一个目的地设备。

在另外的或任何先前提到的实施例中，所述选择所述多个目的地设备中的一个目的地设备可以包括选择所述多个目的地设备中具有最低成本或最高效用的特定一个目的地设备，并且所述选择可以使用比较器树执行。在另外的或任何先前提到的实施例中，所述成本或效用可以是与将所述数据包从所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备转发到所述另一个目的地相关联的成本或效用。在另外的或任何先前提到的实施例中，所述成本或效用可以基于从所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备到所述另一个目的地的距离，并且可以使用半正矢函数或所述半正矢函数的近似或者通过计算第一矢量和第二矢量的内积来确定，所述第一矢量源自第一位置(例如地心)并指向所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备，所述第二矢量源自所述第一位置并指向所述另一个目的地。

上文结合本发明的各方面描述了实施例，这些实施例可以基于这些方面实现。本领域技术人员将理解，实施例可以结合描述这些实施例的方面来实现，但也可以与该方面的其它实施例一起实现。当实施例相互排斥或彼此不兼容时，对于本领域技术人员将是显而易见的。一些实施例可以结合一个方面进行描述，但也可以适用于其它方面，这对本领域技术人员而言是显而易见的。

附图说明

结合附图，通过以下详细描述，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1A示出了根据待通过本发明实施例解决的现有技术场景，相对于通信耦合的地基目的地快速移动的卫星。

图1B示出了本发明实施例提供的与地基目的地通信的卫星星座的一部分。

图1C示出了本发明的另一个实施例提供的与地基目的地通信的卫星星座的一部分。

图2示出了本发明实施例提供的用于在网络中路由数据包的方法。

图3是示出了本发明实施例提供的转发平面操作的框图。

图4是示出了本发明另一个实施例提供的转发平面操作的框图。

图5示出了用于执行半正矢函数计算的计算组件。

图6示出了球面上两个点A与B之间距离的确定。

图7是示出了本发明另一个实施例提供的转发平面操作的框图。

图8是示出了本发明另一个实施例提供的转发平面操作的框图。

图9是本发明的不同实施例提供的可以执行本文中显式或隐式描述的上述方法和特征的任何或全部操作的电子设备的示意图。

需要说明的是，在整个附图中，相同的特征由相同的附图标记标识。

具体实施方式

如本文所使用，术语“约”应理解为包括与标称值的偏差，例如，与标称值的+/–10％偏差。应理解，无论是否具体提及，本文提供的给定值总是包括这种偏差。

需要说明的是，当使用LEO卫星的网状网络将包路由到地基目的地时，卫星星座通常相对于目的地快速移动。这可能难以确定哪颗卫星最接近目的地。对于给定的地面站，这种LEO内网络目的地将随着时间的推移而变化，因此，用于确定最终LEO卫星的过程应该是高效的和易于实现的。了解目的地位置有助于LEO内星座卫星的选择。在不知道该卫星的情况下，无法选择通过网络的路径。例如，需要确定哪颗卫星目前最接近(或足够接近)地面目的地，以便可以将包路由到该卫星。星座几何图可用于帮助进行这种路由。具体地，根据本发明的实施例，卫星星座可以用于将包路由到几何上最接近目的地位置的卫星。为了便于实现这一点，可以使用地理路由，其中，每个包的目的地地址包括包的目的地的几何(地理)位置的指示。例如，该位置可以是目的地地址的一部分。

图1A示出了一个基本的技术挑战，其中，卫星105相对于地基目的地110(例如，以8000m/s的速度)快速移动。在不到一分钟的时间里，过顶卫星可以相对于目的地移动300km。因此，必须及时更新到目的地的路线。本领域技术人员应该理解，尽管本文描述为地面站，但LEO网络外部的目的地不需要是地基的，也不需要是固定的。在一些情况下，目的地可以是移动目标，例如船或飞机。术语“地面站”是为了简单起见而使用的，但应理解，该术语不应被视为限制性的。

图1B通过示例示出了卫星星座的一部分，该卫星星座包括保存用于转发到地基目的地125的数据包的第一卫星120和多个中间卫星130、132、134、136、138、140。通信链路用虚线示出，并且卫星相对于地面移动。由于星座中卫星的密度和单颗卫星的覆盖面积的大小，可能有超过一颗卫星可以向目的地125发送包。尽管每个中间卫星可以与目的地125通信，但可能希望由最接近目的地的卫星执行与目的地的通信。在这种情况下，中间卫星130、132、134、136、138、140中的每一个可以直接与目的地125通信。

图1C通过另一个示例示出了卫星星座的一部分，该卫星星座同样包括保存用于转发到地基目的地125的数据包的第一卫星120和连接到第一卫星120但不直接连接到目的地125的多个中间卫星150、152、154。另外的中间卫星160、162、164连接到目的地125，但不直接连接到第一卫星120。但是，中间卫星150、152、154通信地连接到另外的中间卫星160、162、164。因此，第一卫星可以通过三跳路径与目的地通信。涉及不同跳数的通信链路的其它场景也适用。

需要说明的是，在图1B和图1C的每一个场景中，第一卫星120可以潜在地向其发送数据包的每个中间卫星与目的地125相距可辨别的物理距离。该距离可用于表示与将包转发到该特定中间卫星相关联的成本的类型。当中间卫星远离目的地时，将数据包路由到该中间卫星可能被认为不太理想，并且成本更高。这适用于作为中间卫星是否可以直接将数据包发送到目的地的度量(尽管可以设计在这种“贪婪”转发方法下，数据包所经历的总路径长度没有最小化的场景)。

更一般地，给定第一位置(例如，第一卫星)的数据包，成本或效用可以与将数据包转发到目的地设备(例如直接通信耦合到第一卫星的中间卫星)相关联。在一些情况下，这可以进一步类推到目的地设备间接耦合到第一位置，但是为了简单起见，这里仅考虑直接耦合。在确定了这些成本或效用后，可以选择与相对较低(或最低)成本或相对较高(或最高)效用相关联的目的地设备，并且数据包可以转发到选择的目的地设备。在动态网络中，如快速轨道卫星星座或目的地设备频繁移动的网络中，成本或效用可以根据需要更新。通常，成本或效用度量可以反映距离、信号质量、收取的费用、带宽限制、服务质量或公平访问分配等。

路由系统通常由不同的子系统组成。本文将两个重要的子系统称为控制平面和转发平面。转发平面有时也称为用户平面或数据平面。控制平面负责监控网络拓扑和构建路由。这些路由可以编程到转发表中，转发表使用这些路由在实际中转发包。对于高性能系统，转发表通常在硬件中实现，对于低性能系统，通常在软件中实现(例如，Linux在内核中包括IP转发平面)。

根据各种实现方式，转发平面使用转发表，该转发表配置有数据输入项(元组)列表，每个数据输入项包括目的地地址和对应接口。使用对应接口来将包转发到给定的目的地地址。例如，接口可以对应于特定的光通信链路。例如，接口可以是卫星之间的自由空间光链路。不同的接口可以映射到不同的通信链路。接口可以对应于虚拟接口，虚拟接口又可以对应于一个或多个物理接口。目的地地址可以包括几何位置和潜在的其它路由信息。与几何或地理路由一样，目的地地址可以表示物理位置，而不是基于网络的位置(例如，连续子网列表中的数字标识符)。例如，物理位置可以以预定格式包括在地址中。即，头域可以包括可以根据预定规则映射到例如球面上的物理位置的值。

目的地设备或其它目的地的物理位置可以是固定的或可变的。例如，低地球轨道上的卫星相对于地理坐标系(例如但不限于纬度/经度坐标系)可能具有可变位置。卫星物理位置可以例如基于星历或年鉴数据，或通过报告或观察，或它们的组合来更新。

当转发平面操作时，它将(例如，以大约每秒10⁸个包的速率)接收待转发的包流。对于每个包，转发平面用于检查目的地地址列表，根据度量(例如，基于距离的度量)选择具有最小成本或最大效用的地址集，然后选择这些地址中包转发到的一个地址。与地址相关联的接口用于转发包。

因此，结合图2，本发明实施例提供了一种在网络中路由数据包的方法200。该方法可以在转发平面中实现。该方法包括：对于能够进一步处理数据包以路由到另一个目的地的多个目的地设备中的每一个目的地设备，确定210与将数据包转发到多个目的地设备中的一个目的地设备相关联的相应成本或效用。该方法还包括：至少部分地基于确定的成本或效用选择220多个目的地设备中的一个目的地设备。例如，可以选择具有最低成本(或最高效用)的目的地设备。该方法还包括将数据包转发230到选择的目的地设备。

需要说明的是，成本或效用可以是与将数据包从多个目的地设备中的相关联的一个目的地设备转发到潜在的最终(称为其它)目的地(例如，地基终端)相关联的成本或效用。成本或效用可以基于从多个目的地设备中的相关联的一个目的地设备到另一个目的地的距离。更具体地，成本可以对应于沿着球面限定的从多个目的地设备中的相关联的一个目的地设备(例如，另一个卫星)到另一个目的地(例如，地基终端)的距离。基于距离的成本或效用可以使用半正矢函数或该半正矢函数的近似来确定。基于距离的成本或效用可以通过计算第一矢量和第二矢量的内积来确定，第一矢量源自第一位置(例如地心)并指向多个目的地设备中的一个目的地设备，第二矢量源自第一位置并指向所述另一个目的地。

需要说明的是，当投射到球体表面上时，设备之间的距离可以近似为两个点之间的距离。在考虑全球规模的网络时，该方法降低了确定的距离与卫星(或地面站)之间的穿过地球的路径不对应的可能性。当设备之间的距离相对于球体(例如表示地球)的大小较小时，近似方法特别有用。球体表面上两个点之间的距离可以对应于这些点之间最短路径的长度，这被称为正交距离或大圆距离。

在各种实施例中，使用比较器树执行选择多个目的地设备中的特定一个目的地设备。比较器树通常包括多个级，每一级具有一个或多个比较器，一个或多个比较器用于比较成对的成本或效用，并输出被比较的成本中较低者或被比较的效用中较高者的指示。需要说明的是，比较器树可以使用近似n级比较器确定n个值中的最小(或最大)值。

图3是示出了本发明实施例提供的转发平面操作的框图。转发表310包括一组目的地设备地址和可用于将包转发到此类目的地设备的对应接口。尽管示出了八个目的地设备地址，但可能存在更多或更少的地址。对于每个目的地设备地址，提供和配置成本或效用确定器320，以确定与将数据包转发到该目的地设备相关联的相应成本或效用。如上所述，成本可以对应于或基于从目的地设备到另一个目的地设备(例如地面站)的距离。如果必要，可以提供另一个目的地设备的地址322，并且可以基于该地址(其可以表示物理位置)确定成本或效用。目的地选择器330接收目的地设备地址和成本，并基于成本或效用选择目的地设备，例如选择成本最低或效用最高的目的地设备。在选择目的地设备后，包转发器350接收目的地设备(和相关联的接口)的指示，并将包转发到该目的地设备。

根据地理或几何路由原则，目的地地址和目的地设备地址可以表示地理位置。例如，地址可以包括纬度/经度坐标，也可以使用另一个坐标系指示物理位置。

图4示出了图3的实施例的特定变型，其中，成本或效用确定器320被距离确定器420取代。距离确定器接收另一个目的地地址的指示322，并确定从转发表中的每个地址到另一个目的地地址的距离。确定的距离对应于例如使用半正矢函数“hav()”或其它可比函数计算的沿球体表面的距离。距离值可以是也可以不是实际距离的准确表示。但是，距离值应该是实际距离的单调函数。

给定球体表面上两个点的纬度和经度坐标，使用半正矢函数确定两点之间的大圆距离。半正矢函数本身由以下公式给出：

公式中，d是距离，r是球体(地球)的半径，(

，λ₁)和(/>

，λ₂)分别是两个点中的第一点和第二点的(纬度，经度)坐标。2r项可以从该计算距离度量的公式中删除，因为它同样适用于所有距离。

进一步结合图4，目的地选择器被比较器树430取代。比较器树包括多个双输入单输出比较器，这些比较器布置在一起，并协作用于选择具有最低确定成本(距离)的目的地地址。这是通过由每个比较器输出与输入到该比较器的两个目的地地址之间的最低成本相关联的目的地地址来实现的。在另一个实施例中，比较器可以用于选择具有最高确定效用的目的地地址。这是通过由每个比较器输出与输入到该比较器的两个目的地地址之间的最高效用相关联的目的地地址来实现的。需要说明的是，(例如，基于半正矢的)距离确定器可以与其它类型的目的地选择器一起使用，同样，比较器树可以与其它类型的成本确定器一起使用。

需要说明的是，虽然比较器树示出为比较和传递值(例如，成本或效用)，但辅助信息(例如，网络地址或网络地址的指针)可以附加到这些值，并与值一起传递。即，辅助信息通过比较器树网络跟随值，但不影响比较器操作的结果，因为辅助信息被比较器忽略，或者因为辅助信息在整个值中的权重不影响比较器操作的结果。

图5示出了现有技术提供的可用于实现半正矢函数的计算以实现距离模块420的一组硬件组件。组件依次包括一组坐标旋转数字计算机(coordinate rotation digitalcomputer，CORDIC)510、平方根计算组件520和另一个CORDIC 530。在其它实施例中，查找表或实现查找操作的硬件可用于将指示设备位置(目的地设备和另一个目的地设备)的输入值映射到指示设备之间距离的输出值。可以提供图5的距离模块的一个或多个副本。如果提供的半正矢模块的副本的数量少于目的地设备地址的数量，则可以使用一个或多个半正矢模块来确定相对于多个目的地设备地址的距离。使用这种专用硬件组件可以提高转发平面中的操作速度。

如上所述，基于距离的成本或效用可以通过计算第一矢量和第二矢量的内积(点积)来确定，第一矢量源自第一位置(例如地心或将测量表面距离的其它球体)并指向多个目的地设备中的所述一个目的地设备，第二矢量源自第一位置并指向所述另一个目的地。图6示出了在笛卡尔坐标系中观察的具有中心O的球体的球面610上的两个点A和B。三个点A、B和O限定了平面620，在某种意义上，所有三个点都位于平面620内。第一矢量可以定义为源自O并延伸到A，第二矢量可以定义为源自O并延伸到B。点A可以被认为是目的地设备(例如，包转发到的下一个卫星)的位置，点B可以被认为是另一个目的地(例如，地面站)的位置。第一矢量也被称为A，第二矢量也被称为B，没有歧义。这两个矢量还等效地限定了平面620。圆625内切于平面620中，作为球面610和平面620的交叉。然后，两个点A与B之间的球面距离可以定义为圆625的位于点A与点B之间的部分(弧)的长度。基于距离的成本可以被认为等于该距离或该距离的近似。圆的弧长由公式s＝rθ给出，其中，s是弧长，r是圆的半径，θ是以点O为起点弧所对的角度(以弧度为单位)。在这种情况下，θ也可以看作是第一矢量A与第二矢量B之间的角度。该角度与点积相关，如下公式：

A·B＝|A||B|cosθ (1)

需要说明的是，|A|＝|B|＝r，并进一步归一化单位，使r＝1，得到：

s＝θ＝cos^-1(A·B) (2)

因此，点A与点B之间的距离可以根据矢量A与矢量B之间的点积推导。余弦或反余弦函数很难在硬件中实现。但是，发明人已经意识到，基于距离的成本不必是实际距离的绝对项的准确反映。这是因为计算基于距离的成本的目的是比较替代目的地设备之间的成本，以便选择成本最低的目的地设备。具有最低成本的设备应该是具有设备与另一个目的地的间最小距离的设备。例如，与设备相关联的成本或效用应满足如下条件：当第一设备与另一个目的地之间的距离大于第二设备与另一个目的地之间的距离时，与第一设备相关联的成本应低于与第二设备相关联的成本(或与第一设备相关联的效用应高于与第二设备相关联的效用)。但是，成本不需要准确地等于距离。

因此，为了实现目的，使用近似度量测得的点A与点B之间的距离只需要在相对方面准确即可。换句话说，如果两个点A与B之间的实际(球面)距离大于两个点C与D之间的实际距离(C和D中的一个可以等于A和B中的一个)，则根据近似度量A与B之间的距离应大于根据近似度量C与D之间的距离。这应适用于任何一组点A、B、C、D。

观察到反余弦函数在区间[–1,1]内单调递减。因此，可以使用线性和递减的近似度量来代替反余弦函数。近似度量可由以下公式给出：

s≈-π/2A·B)+π/2 (3)

最后，在不影响上述要求的情况下，可以通过去除π/2的因子来缩放近似距离度量。这是因为任何因子(大于零)都不会影响度量是否准确反映两个比较距离中的哪一个更大。换句话说，可以使用以下近似距离度量：

s≈1-A·B (4)

其中，A和B是终止于两个位置A和B的单位矢量。事实上，由于所有距离都相互比较，因此也可以使用以下近似距离度量：

s≈-A·B (5)

此外，选择与最小距离相关联的目的地地址的目标可以等效地通过选择与最大效用相关联的目的地地址实现，其中，效用近似为距离的相反数。换句话说，也可以使用以下效用：

u＝A·B (6)

虽然地心(或其它球体中心)被用作上面矢量A和矢量B的起点，但应该理解，也可以使用其它起点。例如，可以使用球体或具有曲面的其它物体内部的另一个点，或者可以使用球体或具有曲面的其它物体外部的另一个点。尽管选择不同的点可能导致计算值是距离的不准确反映，但计算值仍然可以充分代表距离，从而可以适当地比较不同的位置，如上所述。

图7示出了图3的实施例的另一个变型，其中，成本确定器320是利用如上所述的负点积方法的基于距离的成本确定器720。对于转发表中的每个目的地设备地址A_i，以及对于另一个目的地B的给定地址(其中，地址指示球体上的地理位置)，成本确定器根据等式(4)计算基于距离的成本。此处，地址A_i和B也用于表示如结合图6所讨论的矢量。比较器树430通过使用分量比较器选择成本确定器720中具有最小成本的输出，每个分量比较器输出其两个输入值中的较小者。在一种替代方案中，基于距离的成本确定器720可以根据等式(5)计算基于距离的成本。也可以使用其它可比成本。

图8示出了图3的实施例的另一个变型，其中，成本确定器320是利用如上所述的点积方法的基于距离的效用确定器820。对于转发表中的每个目的地设备地址A_i，以及对于另一个目的地B的给定地址(其中，地址指示球体上的地理位置)，效用确定器根据等式(6)计算基于距离的效用。也可以使用其它可比效用。此处，地址A_i和B也用于表示如结合图6所讨论的矢量。比较器树430通过使用分量比较器选择效用确定器820中具有最大效用的输出，每个分量比较器输出其两个输入值中的较大者。

尽管本发明的实施例主要是关于卫星网状网络中的路由进行描述，但应当理解，本发明也可以应用于其它网络场景，例如在未必涉及卫星的其它基于几何或地理的路由系统中，或在例如仅基于网络地址(例如由嵌套子网布置)和网络拓扑路由包的其它基于非几何或非地理的路由系统中。本发明的实施例可以用于移动网络、物联网(internet ofthings，IoT)网络等。

本发明的实施例可以使用电子硬件、软件或其组合来实现。在一些实施例中，转发平面由执行存储在存储器中的程序指令的一个或多个计算机处理器来实现。在一些实施例中，转发平面部分或全部在硬件中实现，例如使用一个或多个现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array，FPGA)或专用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)来快速执行实现转发平面操作所需的处理操作。转发平面操作可以包括：确定与将数据包转发到目的地设备相关联的成本或效用，确定(例如，使用比较器树)具有最低成本或最高效用的目的地设备，以及将数据包转发到目的地设备。目的地设备的确定可以使用排序和选择硬件来执行，所述排序和选择硬件包括例如上文结合图3、图4、图7和图8描述的比较器。硬件或软件总体上可以具有上文例如结合这些相同的图描述的架构。

本发明的实施例，例如在硬件中而不是计算机处理器实现中实现的实施例，可以使用高度并行的转发平面架构来实现。例如，可以并行确定多个目的地的成本或效用，可以并行执行比较器树的每一级中的多个比较器操作。这有助于转发平面的快速操作。本发明实施例将距离函数与比较器树实现相结合，以线速执行转发平面操作。

图9是本发明的不同实施例提供的可以执行本文中显式或隐式描述的上述方法和特征的任何或全部操作的电子设备900的示意图。例如，配备网络功能的计算机可以用作电子设备900。

如图所示，电子设备900包括处理器910(例如，中央处理单元(centralprocessing unit，CPU)或专用处理器，例如图形处理单元(graphics processing unit，GPU)，或其它此类处理器单元)、存储器920、非瞬时性大容量存储930、I/O接口940、网络接口950和收发器960，所有这些都通过双向总线970通信耦合。根据某些实施例，可以使用任何或所有所描述的元件，或者仅使用元件的子集。此外，电子设备900可以包括某些元件的多个实例，例如多个处理器、存储器或收发器。此外，硬件设备的元件可以在没有双向总线的情况下直接耦合到其它元件。除了处理器和存储器之外或替代处理器和存储器，可以使用其它电子器件(例如集成电路)来执行所需的逻辑操作。

存储器920可以包括任何类型的非瞬时性存储器，例如静态随机存取存储器(static random access memory，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random accessmemory，DRAM)、同步DRAM(synchronous DRAM，SDRAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)，或它们的任意组合等。非瞬时性大容量存储930可以包括任何类型的非瞬时性存储设备，例如固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器、USB驱动器或用于存储数据和机器可执行程序代码的任何计算机程序产品。根据某些实施例，存储器920或非瞬时性大容量存储930可以在其上记录语句和指令，这些语句和指令可由处理器910执行以用于执行上述任何方法操作。

应当理解，在包括传感器网络和卫星星座的许多网络中，网络节点的布置遵循网格状结构。通过将目的地位置投射到卫星轨道所在的球体中，可以仅使用半正矢距离度量，或者如上所述，使用半正矢的足够精确的近似。类似地，在其它部署(如传感器网络)中，可以使用半正矢函数的内积近似。

使用专用集成电路的传统硬件实现(如场门可编程阵列)，可以创建目标选择引擎。目标选择引擎具有输入，目标选择引擎从该输入中接收与目的地节点相关联的地理位置标识符(例如(x，y，z)坐标)。然后，距离度量计算引擎将该位置标识符与多个节点中的每个节点的位置结合使用来确定多个距离，每个确定的距离代表网络节点与目的地节点之间的距离。这些距离以及与节点相关联的标识符可以输入到比较器树中，然后，比较器树可以选择最短距离度量，从而选择距离目的地最近的网络节点。本领域技术人员将理解，如上所述，距离度量可以是半正矢函数，或可以是目的地位置的分量与每个节点的分量的内积。

应当理解，尽管为了说明的目的，本文已经描述了该技术的具体实施例，但在不脱离该技术的范围的情况下，可以进行各种修改。因此，说明书和附图仅被视为所附权利要求书限定的对本发明的说明，并且预期覆盖落入本发明的范围内的任何和所有修改、变化、组合或等同物。具体地，提供用于存储机器可读的信号的计算机程序产品或程序元件，或程序存储器或存储设备(例如，磁或光线、带或盘)等，在本技术的范围内，用于根据本技术的方法控制计算机的操作和/或根据本技术的系统构造其部分或全部组件。

与本文描述的方法相关联的动作可以在计算机程序产品中实现为编码指令。换句话说，计算机程序产品是一种计算机可读介质，当计算机程序产品被加载到存储器中并在无线通信设备的微处理器上执行时，软件代码被记录在该介质上以执行方法。

此外，方法的每个操作可在任何计算设备(例如，个人计算机、服务器、平板电脑(portable android device，PDA)等)上执行，并且根据从任何编程语言(例如，C++、Java等)生成的一个或多个程序元件、模块或对象，或者一个或多个程序元件、模块或对象的一部分。此外，每个操作或实现每个所述操作的文件或对象等可以由专用硬件或为此目的设计的电路模块执行。

通过上述实施例的描述，本发明可以仅通过使用硬件实现，也可以通过使用软件和必要的通用硬件平台实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现。软件产品可以存储在非易失性或非瞬时性存储介质中，非易失性或非瞬时性存储介质可以是光盘只读存储器(compact disk read-only memory，CD-ROM)、USB闪存盘或可移动硬盘。软件产品包括许多指令，这些指令使得计算机设备(个人计算机、服务器或网络设备)能够执行本发明实施例中提供的方法。例如，这样的执行可以对应于本文所述的逻辑运算的模拟。根据本发明实施例，软件产品可以附加地或替代地包括多个指令，这些指令使得计算机设备能够执行配置或编程数字逻辑装置的操作。

尽管已经参考本发明的特定特征和实施例描述了本发明，但是明显可以在不脱离本发明的情况下制定本发明的各种修改和组合。因此，说明书和附图仅被视为所附权利要求书限定的对本发明的说明，并且预期覆盖落入本发明的范围内的任何和所有修改、变化、组合或等同物。

Claims (16)

1.一种用于在网络中路由数据包的方法，其特征在于，所述方法包括：

对于能够进一步处理所述数据包以路由到另一个目的地的多个目的地设备中的每一个目的地设备，确定与将所述数据包转发到所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备相关联的相应成本或效用，其中，所述成本或效用基于从所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备到所述另一个目的地的距离，其中，所述成本或效用通过计算第一矢量和第二矢量的内积来确定，所述第一矢量源自第一位置并指向所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备，所述第二矢量源自所述第一位置并指向所述另一个目的地；

使用比较器树，至少部分地基于确定的成本或效用选择所述多个目的地设备中的一个目的地设备；

将所述数据包转发到所述多个目的地设备中的所述选择的一个目的地设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择所述多个目的地设备中的一个目的地设备包括选择所述多个目的地设备中具有最低成本或最高效用的特定一个目的地设备。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述比较器树包括多个级，每一级具有一个或多个比较器，所述一个或多个比较器用于比较成对的所述成本或效用，并输出被比较的成本中较低者或被比较的效用中较高者的指示。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述距离是顺向距离。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多个目的地设备中的至少一个目的地设备是星基网络节点。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多个目的地设备中的每一个目的地设备是星基网络节点，所述另一个目的地是地基网络节点。

7.一种用于在网络中路由数据包的装置，其特征在于，所述装置包括：

成本确定器，用于对于能够进一步处理所述数据包以路由到另一个目的地的多个目的地设备中的每一个目的地设备，确定与将所述数据包转发到所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备相关联的相应成本或效用，其中，所述成本或效用基于从所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备到所述另一个目的地的距离，其中，所述成本或效用通过计算第一矢量和第二矢量的内积来确定，所述第一矢量源自第一位置并指向所述多个目的地设备中的所述一个目的地设备，所述第二矢量源自所述第一位置并指向所述另一个目的地；

目的地选择器，用于选择所述多个目的地设备中的一个目的地设备，所述目的地选择器包括比较器树；

包转发器，用于将所述数据包转发到所述多个目的地设备中的选择的一个目的地设备。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述成本确定器和所述目的地选择器中的一个或两个是使用可操作地耦合到存储器的处理器实现的，所述存储器存储程序指令，所述程序指令在由所述处理器执行时使所述处理器实现所述成本确定器和所述目的地选择器中的所述一个或两个。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述成本确定器和所述目的地选择器中的一个或两个是使用专用数据处理硬件实现的。

10.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述选择所述多个目的地设备中的一个目的地设备包括选择所述多个目的地设备中具有最低成本或最高效用的特定一个目的地设备。

11.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述比较器树包括多个级，每一级具有一个或多个比较器，所述一个或多个比较器用于比较成对的所述成本或效用，并输出被比较的成本中较低者或被比较的效用中较高者的指示。

12.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述距离是顺向距离。

13.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述多个目的地设备中的至少一个目的地设备是星基网络节点。

14.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述多个目的地设备中的每一个目的地设备是星基网络节点，所述另一个目的地是地基网络节点。

15.一种用于在包数据网络中选择可路由目标的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述可路由目标的地理位置，确定多个网络节点中的每个网络节点的距离度量，每个距离度量代表相应网络节点与所述可路由目标的地理位置之间的距离，所述距离度量被计算为与所述节点和所述可路由目标相关联的位置信息的内积；

向比较器树的输入提供确定的距离度量中的每个距离度量，其中，所述比较器树包括多个级，每一级具有一个或多个比较器，所述一个或多个比较器并行执行且用于比较成对的成本或效用，并输出被比较的成本中较低者或被比较的效用中较高者的指示，其中，所述成本或效用通过所述距离度量来确定；

从所述比较器树的输出接收指示符，其中所述指示符与所述多个网络节点中与最小距离度量相关联的一个网络节点相关联。

16.一种用于从多个节点中选择一个节点的目标选择引擎，其特征在于，所述目标选择引擎包括：

用于接收与目的地节点相关联的地理位置标识符的输入；

距离度量计算引擎，用于计算多个距离度量，所述多个距离度量中的每个距离度量与所述多个节点中的一个节点相关联，指示从相关联的节点到接收的地理指示符的距离，其中，所述距离度量计算引擎还用于根据节点位置和目的地位置的内积确定每个节点的所述距离度量；

比较器树，用于接收所述多个距离度量并用于选择最小距离度量，其中，所述比较器树包括多个级，每一级具有一个或多个比较器，所述一个或多个比较器并行执行且用于比较成对的成本或效用，并输出被比较的成本中较低者或被比较的效用中较高者的指示，其中，所述成本或效用通过所述距离度量来确定。

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