CN115549766A - 一种mlsn网络中下行链路拥塞的路由控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，先构建卫星网络架构模型并生成MEO层路由表和LEO层路由表；地面终端在发送数据包时会封装源簇标识和目的簇标识，将MEO层的卫星和LEO层的卫星进行分簇，其中每个MEO层的卫星分别作为簇头管理一组簇成员LEO卫星；MEO卫星的个数与分簇的个数相同；当地面终端在收发数据包出现延迟时，LEO卫星节点检测LEO层链路状态并计算出链路负载阈值；最后MEO卫星接收到LEO的广播数据包和链路状态更新，根据链路负载阈值进行数据路由转发。本发明结合了阈值思想，最小化数据转发时链路的丢包；进行数据包转发分配时，使用MEO‑地面链路作为迂回路径解决MLSN网络中下行链路拥塞的问题，降低了5%的丢包率。

Description

一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法
技术领域
本发明属于卫星网络技术领域，具体涉及一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法。
背景技术
卫星网络作为一种提供下一代网络的手段，已经受到越来越多的关注，这种网络能够实现无处不在的网络。卫星网络一般可分为地球静止轨道(GEO)卫星网络或非地球静止轨道(NGEO)卫星网络。可以通过分层NGEO卫星网络构建的一种特殊类型的卫星网络称为多层卫星网络(MLSN)。在MLSN中，有六种不同的链路，即LEO和MEO层中的卫星间链路、上下层间链路以及LEO层和地面之间的上下链路，它们被称为LEO-LEO、MEO-MEO、LEO-MEO、MEO-LEO、地面-LEO和LEO-地面。所述各种链路路径可以用作迂回路径，从而允许在卫星之间分配负载。有了这一功能，即使受到打击，一些卫星遭受重流量负载，也可以通过在MLSN中使用所述链路路径来避免拥塞。
现有的路由控制方法只能在LEO层内避免或缓解拥塞，导致链路丢包率高，端到端延迟增大。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，包括以下步骤：
S1、构建卫星网络架构模型并生成MEO层路由表和LEO层路由表；
S2、地面终端在发送数据包时会封装源簇标识和目的簇标识，将MEO层的卫星和LEO层的卫星进行分簇，其中每个MEO层的卫星分别作为簇头管理一组簇成员LEO卫星；MEO卫星的个数与分簇的个数相同；
S3、当地面终端在收发数据包出现延迟时，LEO卫星节点检测LEO层链路状态并计算出链路负载阈值；
S4、MEO卫星接收到LEO的广播数据包和链路状态更新，根据步骤S3中的链路负载阈值进行数据路由转发。
优选地，步骤S1包括以下步骤：
S11、卫星向周围在一跳范围内的邻居节点卫星广播Hello报文，报文中包含卫星节点ID和卫星间链路状态信息；
S12、收到Hello请求报文的节点判断Hello报文类型，若是请求报文类型，则接收节点向发送节点反馈Hello应答报文，并将报文中的信息添加到自己的邻居表中；若是Hello应答报文或Hello更新报文，则接收节点根据报更新自己的邻居表；
S13、卫星周期性发送Hello更新报文更新路由表。
优选地，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、指定一个MEO层的卫星为作为簇头k1；
S22、根据LEO卫星节点的速度以及LEO卫星节点和MEO层的卫星节点间的链路连通性，将LEO卫星分配到簇头k1的簇内；
S23、根据轮盘算法，选择下一个簇头ki；重复步骤S22，将LEO层卫星全部分簇；
S24、作为簇头的MEO卫星向两跳内的LEO卫星广播HELLO报文，报文包含簇首信息；
S25、LEO卫星收到HELLO报文后，判断路由表中是否有多个簇头MEO卫星的信息，若有多个簇头MEO卫星的信息，则只保留一个簇头MEO的卫星信息，拒绝其他簇头MEO卫星.
优选地，步骤S3包括以下步骤：
S31、LEO卫星节点检测实时数据包队列长度leni(t)；当leni(t)大于或等于节点数据包队列长度阈值lenth时，判定LEO卫星A处于拥塞状态，进行数据的路由转发即路由控制；
S32、根据步骤S31检测得到的lenth，计算链路负载的阈值Qth并上传至MEO卫星。
优选地，步骤S32包括以下步骤：
计算LEO卫星节点的丢包剩余时间Td公式表达如下：
Figure BDA0003874833060000021
其中，pave数据包平均长度，InputV数据包流入LEO卫星的速率，OutputV数据包流入LEO卫星的速率；
定义链路延迟Dlink公式表达如下：
Figure BDA0003874833060000031
其中，Dbroadcast是传播延迟；Dqueue是排队延迟；w是加权因子；Prelative是两个LEO卫星的相对位置；
根据丢包剩余时间Td和链路延迟Dlink计算链路负载的阈值Qth；公式表达如下：
Figure BDA0003874833060000032
其中，
Figure BDA0003874833060000033
优选地，步骤S4包括以下步骤：
S41、当源地面终端S向目的地的地面终端D发送信息时，LEO卫星接收到终端S发送的数据包；
S42、MEO根据收到LEO转发的广播数据包，判断地面终端D发送数据包中的簇标识；若源簇标识和目的簇标识相同，MEO卫星执行转发功能，查看该簇内的链路负载；若源簇标识和目的簇标识不同，MEO卫星执行路由功能，查找MEO层路由表，找到目的簇的LEO卫星进行转发；
优选地，步骤S42中当源簇标识和目的簇标识相同时，若LEO层的链路负载的小于阈值Qth，查看LEO卫星存储的路由表，通过LEO-LEO链路和LEO-地面链路传输至目的区域终端D；若LEO层的链路负载的大于阈值Qth，数据包将会被迂回传输至MEO卫星，MEO卫星与地面终端直接建立链路，数据包通过GEO-地面链路传输至地面终端D2。
优选地，步骤S42中当源簇标识和目的簇标识不同时，若LEO层的链路负载的小于阈值Qth，查看LEO卫星存储的路由表，通过LEO-LEO链路和LEO-地面链路传输至目的区域终端D；若LEO层的链路负载的大于阈值Qth，数据包将会被迂回传输至MEO卫星，MEO卫星与地面终端直接建立链路，数据包通过GEO-地面链路传输至地面终端D2。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明提出了一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法。首先，采用分簇的方法优化了LEO/MEO两层卫星拓扑结构，构建MEO-地面链路作为现有链路之外的新链路。通过使用这条链路，地面终端能够在不经过目的地LEO卫星的情况下将数据包传输到目的终端。其次，本发明结合了阈值思想，最小化数据转发时链路的丢包；进行数据包转发分配时，使用MEO-地面链路作为迂回路径解决MLSN网络中下行链路拥塞的问题，进一步地降低了5％的丢包率。
附图说明
图1是一种MLSN网络中下行链路拥塞路由控制方法逻辑图；
图2是数据转发过程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提出了一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，具体实施例如下：
S1、构建两层卫星网络架构模型并生成MEO层路由表和LEO层路由表；
S2、将MEO卫星和LEO卫星分簇，MEO卫星作为簇头管理一组簇成员LEO卫星；地面终端在发送数据包时会封装源簇标识和目的簇标识；
S3、分簇以及路由表更新完成，LEO卫星节点检测LEO层链路状态；
S31、LEO卫星节点检测实时数据包队列长度leni(t)，当leni(t)大于或等于节点数据包队列长度阈值lenth时，LEO卫星A处于拥塞状态；进一步地，计算LEO卫星节点的丢包剩余时间Td：
Figure BDA0003874833060000041
其中，pave数据包平均长度，InputV数据包流入LEO卫星的速率，OutputV数据包流入LEO卫星的速率；
S32、定义链路延迟：
Figure BDA0003874833060000042
其中，Dbroadcast是传播延迟；Dqueue是排队延迟；w是加权因子；Prelative是两个LEO卫星的相对位置；
S33、通过步骤S21丢包剩余时间Td和步骤S23的链路延迟Dlink计算
Figure BDA0003874833060000043
Figure BDA0003874833060000044
进一步地估计链路状态得出链路负载的阈值
Figure BDA0003874833060000045
Figure BDA0003874833060000051
并上传至MEO卫星
S4、MEO卫星接收到LEO的广播数据包和链路状态更新，根据链路负载进行数据路由转发，具体过程如图2；
S41、当源地面终端S向目的地面终端D发送信息时，LEO卫星接收到终端S发送的数据包，MEO收到LEO转发的广播数据包，判断地面终端D发送数据包中的簇标识；
S42若源簇标识和目的簇标识相同，MEO卫星执行转发功能，查看该簇内的链路负载；
S42-1、当LEO层的链路负载的小于阈值Qth，查看LEO卫星存储的路由表，通过LEO-LEO链路和LEO-地面链路传输至目的区域终端D；
S42-2、当LEO层的链路负载的大于阈值Qth，数据包将会被迂回传输至MEO卫星，MEO卫星与地面终端直接建立链路，数据包通过GEO-地面链路传输至地面终端D1。
S43、若源簇标识和目的簇标识不同，MEO卫星执行路由功能，查找MEO层路由表，找到目的簇的LEO卫星进行转发
S43-1、当LEO层的链路负载的小于阈值Qth，查看LEO卫星存储的路由表，通过LEO-LEO链路和LEO-地面链路传输至目的区域终端D；
S43-2、当LEO层的链路负载的大于阈值Qth，数据包将会被迂回传输至MEO卫星，MEO卫星与地面终端直接建立链路，数据包通过GEO-地面链路传输至地面终端D2。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建卫星网络架构模型并生成MEO层路由表和LEO层路由表；
S2、地面终端在发送数据包时会封装源簇标识和目的簇标识，将MEO层的卫星和LEO层的卫星进行分簇，其中每个MEO层的卫星分别作为簇头管理一组簇成员LEO卫星；MEO卫星的个数与分簇的个数相同；
S3、当地面终端在收发数据包出现延迟时，LEO卫星节点检测LEO层链路状态并计算出链路负载阈值；
S4、MEO卫星接收到LEO的广播数据包和链路状态更新，根据步骤S3中的链路负载阈值进行数据路由转发。
2.根据权利要求1所述一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：
S11、卫星向周围在一跳范围内的邻居节点卫星广播Hello报文，报文中包含卫星节点ID和卫星间链路状态信息；
S12、收到Hello请求报文的节点判断Hello报文类型，若是请求报文类型，则接收节点向发送节点反馈Hello应答报文，并将报文中的信息添加到自己的邻居表中；若是Hello应答报文或Hello更新报文，则接收节点根据报更新自己的邻居表；
S13、卫星周期性发送Hello更新报文更新路由表。
3.根据权利要求1所述一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、指定一个MEO层的卫星为作为簇头k1；
S22、根据LEO卫星节点的速度以及LEO卫星节点和MEO层的卫星节点间的链路连通性，将LEO卫星分配到簇头k1的簇内；
S23、根据轮盘算法，选择下一个簇头ki；重复步骤S22，将LEO层卫星全部分簇；
S24、作为簇头的MEO卫星向两跳内的LEO卫星广播HELLO报文，报文包含簇首信息；
S25、LEO卫星收到HELLO报文后，判断路由表中是否有多个簇头MEO卫星的信息，若有多个簇头MEO卫星的信息，则只保留一个簇头MEO的卫星信息，拒绝其他簇头MEO卫星。
4.根据权利要求1所述一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：
S31、LEO卫星节点检测实时数据包队列长度leni(t)；当leni(t)大于或等于节点数据包队列长度阈值lenth时，判定LEO卫星A处于拥塞状态，进行数据的路由转发即路由控制；
S32、根据步骤S31检测得到的lenth，计算链路负载的阈值Qth并上传至MEO卫星。
5.根据权利要求4所述一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，其特征在于，步骤S32包括以下步骤：
计算LEO卫星节点的丢包剩余时间Td公式表达如下：
Figure FDA0003874833050000021
其中，pave数据包平均长度，InputV数据包流入LEO卫星的速率，OutputV数据包流入LEO卫星的速率；
定义链路延迟Dlink公式表达如下：
Figure FDA0003874833050000022
其中，Dbroadcast是传播延迟；Dqueue是排队延迟；w是加权因子；Prelative是两个LEO卫星的相对位置；
根据丢包剩余时间Td和链路延迟Dlink计算链路负载的阈值Qth；公式表达如下：
Figure FDA0003874833050000031
其中，
Figure FDA0003874833050000032
6.根据权利要求5所述一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，其特征在于，步骤S4包括以下步骤：
S41、当源地面终端S向目的地的地面终端D发送信息时，LEO卫星接收到终端S发送的数据包；
S42、MEO根据收到LEO转发的广播数据包，判断地面终端D发送数据包中的簇标识；若源簇标识和目的簇标识相同，MEO卫星执行转发功能，查看该簇内的链路负载；若源簇标识和目的簇标识不同，MEO卫星执行路由功能，查找MEO层路由表，找到目的簇的LEO卫星进行转发。
7.根据权利要求6所述一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，其特征在于，步骤S42中当源簇标识和目的簇标识相同时，若LEO层的链路负载的小于阈值Qth，查看LEO卫星存储的路由表，通过LEO-LEO链路和LEO-地面链路传输至目的区域终端D；若LEO层的链路负载的大于阈值Qth，数据包将会被迂回传输至MEO卫星，MEO卫星与地面终端直接建立链路，数据包通过GEO-地面链路传输至地面终端D2。
8.根据权利要求6或7所述一种MLSN网络中下行链路拥塞的路由控制方法，其特征在于，步骤S42中当源簇标识和目的簇标识不同时，若LEO层的链路负载的小于阈值Qth，查看LEO卫星存储的路由表，通过LEO-LEO链路和LEO-地面链路传输至目的区域终端D；若LEO层的链路负载的大于阈值Qth，数据包将会被迂回传输至MEO卫星，MEO卫星与地面终端直接建立链路，数据包通过GEO-地面链路传输至地面终端D2。
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