基于中/低轨道卫星网络的可信路由方法技术

本发明专利技术公开了一种基于中/低轨道卫星网络的可信路由方法，解决现有技术增大通信开销，加大卫星计算量，并且不能满足路由的可信性要求的问题。本发明专利技术的具体实现步骤是，首先构建中/低轨道MEO/LEO双层卫星网络模型，划分拓扑快照，发送拓扑快照报告，生成低轨道LEO卫星层的综合链路信息报告，发送低轨道LEO卫星层的综合链路信息报告，然后对低轨道LEO卫星进行信任评估，构成可信网络拓扑，最后生成简易路由表，转发简易路由表。本发明专利技术有效地节省了MEO层卫星的存储空间，降低了通信开销，增强了路由的可信性。

A reliable routing method based on mid / low orbit satellite networks

The invention discloses a trusted routing method based on a medium / low orbit satellite network, which solves the problems that the prior art increases the communication overhead, increases the amount of satellite computation, and can not satisfy the requirement of the credibility of the routing. The specific implementation steps of the present invention is constructed in MEO/LEO / low orbit satellite network model, divide the topological snapshot, send topology snapshot report generation integrated link information report low orbit LEO satellite link layer, comprehensive information reporting low orbit LEO satellite layer, then trust evaluation for low orbit LEO satellite, which trusted network topology, and finally generate a simple routing table, simple forwarding routing table. The invention effectively saves the storage space of the MEO layer satellite, reduces the communication overhead, and enhances the credibility of the routing.

【技术实现步骤摘要】
基于中/低轨道卫星网络的可信路由方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及卫星网络通信
中的一种基于中/低轨道MEO/LEO(Medium/LowEarthOrbit)卫星网络的可信路由方法。本专利技术可以在卫星网络中获取一条可信的星间路由，保证空间信息传输的可靠性。
技术介绍
近年来，由于具有星间链路ISL(Inter-SatelliteLink)的多层卫星网络(MultilayeredSatelliteNetworks，MLSN)可以使不同轨道卫星的优势得到发挥，满足多样的服务需求，所以逐渐成为卫星通信系统的研究热点。而卫星网络路由技术作为卫星网络技术中的关键部分，决定着整个卫星网络系统的效率和可靠性。刘小跃，杨凯，马建峰在其发表的论文“基于D-S证据理论的双层卫星网络可信路由”(华南理工大学学报(自然科学版)，2011，39(5):78-83)中提出了一种基于信任度的可信路由方法。该方法采用邓普斯特-谢弗D-S(Dempster-Shafer)证据理论来计算节点的信任值，将信任值作为一个路由选择的度量，通过修改卫星节点的路由度量来选择可信路由，进而保证卫星网络路由的安全。该方法存在的不足之处是，首先，卫星节点计算与修改路由度量要求参与路由转发的每颗卫星都具有计算能力，会会大卫星网络的通信开销。其次，文章并未清楚表达如何利用可信节点建立可信路由进行数据传输。哈尔滨工业大学在其申请的专利文献“一种基于时隙的LEO/MEO双层卫星DTN网络分布式路由的优化方法”(专利申请号2015109900679，申请公布号CN105471734A)中公开了一种改进的中/低轨道卫星网络分布式路由方法。该方法通过设置路由更新的时间间隔，将两个相邻路由更新时刻相隔时间进行整合，构成整体网络的更新时刻矩阵，以减小星间路由表的更新间隔以及链路的切换。该方法虽然减少了路由表频繁更新所带来的网络开销增大。但是，该方法仍然存在的不足之处是，首先，直接由卫星对时间片进行划分，会加大卫星计算量。其次，在路由节点变化时刻，卫星节点容易遭受恶意节点的攻击，从而不能满足路由的可信性的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种基于中/低轨道卫星网络的可信路由方法。本专利技术采用了路由与信任评估相结合的一种方法。中轨道MEO卫星层获取网络拓扑信息与低轨道LEO卫星层的所有星间链路的链路信息，利用信任评估方法，计算得到可信网络拓扑，进而进行路由表的计算与转发。由于传送的网络拓扑信息都是由地面控制中心获取的，故不需要中轨道MEO卫星层进行计算与收集，这样做能够有效地减少中轨道MEO卫星层的计算量，节省了MEO层卫星的存储空间，有效降低网络开销。又由于可信网络拓扑是利用信任评估方法计算的，故参与路由转发的所有LEO卫星都是可信的。这样做能够满足路由的可信性的要求，有效地保证路由路径的可靠性。本专利技术实现上述目的的具体思路是：地面控制中心划分拓扑快照，将拓扑快照报告传送到中轨道MEO卫星层，中轨道MEO卫星层保存接收的所有信息，同时，所有低轨道LEO卫星收集各自所有的外向链路的链路信息，传送到中轨道MEO层。待中轨道MEO卫星层获取完毕后，对所有低轨道LEO卫星各自所有的外向链路进行信任评估，结合中轨道MEO卫星保存的拓扑信息，删除不可信节点，构成可信网络拓扑。待所有中轨道MEO卫星获得可信网络拓扑后，计算路由表，并且传送到低轨道LEO卫星层，每一颗低轨道LEO卫星根据简易路由表转发数据包。本专利技术实现上述目的的步骤包括如下：(1)构建中/低轨道MEO/LEO双层卫星网络模型：(1a)利用卫星工具包STK搭建中轨道MEO卫星网络模型；(1b)利用卫星工具包STK搭建低轨道LEO卫星网络模型；(2)划分拓扑快照：(2a)将中/低轨道MEO/LEO双层卫星网络模型中的每一个中轨道MEO卫星，在其波束范围内的所有的低轨道LEO卫星作为一个组，将每组中的中轨道MEO卫星作为该分组的组管理者；(2b)采用拓扑快照划分方法，地面控制中心将中/低轨道MEO/LEO双层卫星网络模型的系统周期划分为多个拓扑快照；(2c)地面控制中心将多个快照存放到一个存有低轨道LEO卫星层拓扑信息的拓扑快照报告中；(3)发送拓扑快照报告：(3a)通过卫星与地面之间的星地链路，将地面控制中心连接到覆盖该地面控制中心的一颗中轨道MEO卫星；(3b)通过所连接的星地链路，将拓扑快照报告发送到覆盖地面控制中心的一颗中轨道MEO卫星；(3c)每一颗中轨道MEO卫星将接收的拓扑快照报告转发给与之相邻的中轨道MEO卫星；(4)生成低轨道LEO卫星层的综合链路信息报告：(4a)在每一个快照的初始时刻，每一颗低轨道LEO卫星收集各自外向链路的链路信息；(4b)采用链路报告生成方法，每一颗低轨道LEO卫星生成一个链路报告；(5)发送低轨道LEO卫星层的综合链路信息报告：(5a)通过两个卫星节点之间的星间链路，每一颗低轨道LEO卫星将链路报告发送给组管理者；(5b)每一个组管理者将接收的所有链路报告存放在一个综合链路信息报告中，将综合链路信息报告转发给相邻的中轨道MEO卫星；(6)对低轨道LEO卫星进行信任评估：(6a)每组的管理者从综合链路报告中抽取链路丢包率和链路拥塞率；(6b)每组的管理者将抽取出的链路丢包率和链路拥塞率存放到一个评估指标报告中；(6c)通过评估指标报告中的链路丢包率和链路拥塞率，按照下式，计算低轨道LEO卫星层每一条星间链路的信任值：T(x-y)＝Wz×prl(x,y)+Wd×cor(x,y)其中，T(x,y)表示卫星节点x和与之相邻的卫星节点y之间星间链路的信任值，Wz表示链路丢包率的权重，prl(x,y)表示卫星节点x和与之相邻的卫星节点y之间星间链路的链路丢包率，Wd表示链路拥塞率的权重，cor(x,y)表示卫星节点x和与之相邻的卫星节点y之间星间链路的链路拥塞率，并且满足Tl∈[0,1]，Wz+Wd＝1，Wz∈[0,1]，Wd∈[0,1]，∈表示属于符号；(6d)每一个组管理者将每一条星间链路的信任值添加到链路信任评估表中；(6e)每一个组管理者将链路信任评估表转发给与之相邻的中轨道MEO卫星；(7)构成可信网络拓扑：(7a)将两颗相邻卫星节点之间星间链路的信任值低于0.5的星间链路作为一条不可信链路；(7b)每一个组管理者删除链路信任评估表中的不可信链路，将剩下的星间链路所连接的卫星节点的拓扑快照存放在一个可信快照报告中；(7c)组管理者将可信快照报告传送给与之相邻的中轨道MEO卫星；(8)生成简易路由表：(8a)每一个组管理者以路径总时延为目标，利用迪杰斯特拉Dijkstra算法，计算自己组内的每一颗低轨道LEO卫星到其余所有低轨道LEO卫星的可信路径，并将计算结果添加到源路由表中；(8b)每一个组管理者抽取源路由表中的下一跳地址以及目的地址添加到简易路由表；(9)转发简易路由表：(9a)通过层间链路，每一个组管理者将简易路由表发送给自己管理的分组内的所有低轨道LEO卫星；(9b)每一颗低轨道LEO卫星接收组管理者发送的路由表，并按照此路由表中的下一跳地址将数据包转发给下一个卫星节点。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：第一、本专利技术采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于中/低轨道卫星网络的可信路由方法，其步骤包括如下：(1)构建中/低轨道MEO/LEO双层卫星网络模型：(1a)利用卫星工具包STK搭建中轨道MEO卫星网络模型；(1b)利用卫星工具包STK搭建低轨道LEO卫星网络模型；(2)划分拓扑快照：(2a)将中/低轨道MEO/LEO双层卫星网络模型中的每一个中轨道MEO卫星，在其波束范围内的所有的低轨道LEO卫星作为一个组，将每组中的中轨道MEO卫星作为该分组的组管理者；(2b)采用拓扑快照划分方法，地面控制中心将中/低轨道MEO/LEO双层卫星网络模型的系统周期划分为多个拓扑快照；(2c)地面控制中心将多个快照存放到一个存有低轨道LEO卫星层拓扑信息的拓扑快照报告中；(3)发送拓扑快照报告：(3a)通过卫星与地面之间的星地链路，将地面控制中心连接到覆盖该地面控制中心的一颗中轨道MEO卫星；(3b)通过所连接的星地链路，将拓扑快照报告发送到覆盖地面控制中心的一颗中轨道MEO卫星；(3c)每一颗中轨道MEO卫星将接收的拓扑快照报告转发给与之相邻的中轨道MEO卫星；(4)生成低轨道LEO卫星层的综合链路信息报告：(4a)在每一个快照的初始时刻，每一颗低轨道LEO卫星收集各自外向链路的链路信息；(4b)采用链路报告生成方法，每一颗低轨道LEO卫星生成一个链路报告；(5)发送低轨道LEO卫星层的综合链路信息报告：(5a)通过两个卫星节点之间的星间链路，每一颗低轨道LEO卫星将链路报告发送给组管理者；(5b)每一个组管理者将接收的所有链路报告存放在一个综合链路信息报告中，将综合链路信息报告转发给相邻的中轨道MEO卫星；(6)对低轨道LEO卫星进行信任评估：(6a)每组的管理者从综合链路报告中抽取链路丢包率和链路拥塞率；(6b)每组的管理者将抽取出的链路丢包率和链路拥塞率存放到一个评估指标报告中；(6c)通过评估指标报告中的链路丢包率和链路拥塞率，按照下式，计算低轨道LEO卫星层每一条星间链路的信任值：T...

【技术特征摘要】
1.一种基于中/低轨道卫星网络的可信路由方法，其步骤包括如下：(1)构建中/低轨道MEO/LEO双层卫星网络模型：(1a)利用卫星工具包STK搭建中轨道MEO卫星网络模型；(1b)利用卫星工具包STK搭建低轨道LEO卫星网络模型；(2)划分拓扑快照：(2a)将中/低轨道MEO/LEO双层卫星网络模型中的每一个中轨道MEO卫星，在其波束范围内的所有的低轨道LEO卫星作为一个组，将每组中的中轨道MEO卫星作为该分组的组管理者；(2b)采用拓扑快照划分方法，地面控制中心将中/低轨道MEO/LEO双层卫星网络模型的系统周期划分为多个拓扑快照；(2c)地面控制中心将多个快照存放到一个存有低轨道LEO卫星层拓扑信息的拓扑快照报告中；(3)发送拓扑快照报告：(3a)通过卫星与地面之间的星地链路，将地面控制中心连接到覆盖该地面控制中心的一颗中轨道MEO卫星；(3b)通过所连接的星地链路，将拓扑快照报告发送到覆盖地面控制中心的一颗中轨道MEO卫星；(3c)每一颗中轨道MEO卫星将接收的拓扑快照报告转发给与之相邻的中轨道MEO卫星；(4)生成低轨道LEO卫星层的综合链路信息报告：(4a)在每一个快照的初始时刻，每一颗低轨道LEO卫星收集各自外向链路的链路信息；(4b)采用链路报告生成方法，每一颗低轨道LEO卫星生成一个链路报告；(5)发送低轨道LEO卫星层的综合链路信息报告：(5a)通过两个卫星节点之间的星间链路，每一颗低轨道LEO卫星将链路报告发送给组管理者；(5b)每一个组管理者将接收的所有链路报告存放在一个综合链路信息报告中，将综合链路信息报告转发给相邻的中轨道MEO卫星；(6)对低轨道LEO卫星进行信任评估：(6a)每组的管理者从综合链路报告中抽取链路丢包率和链路拥塞率；(6b)每组的管理者将抽取出的链路丢包率和链路拥塞率存放到一个评估指标报告中；(6c)通过评估指标报告中的链路丢包率和链路拥塞率，按照下式，计算低轨道LEO卫星层每一条星间链路的信任值：T(x-y)＝Wz×prl(x,y)+Wd×cor(x,y)其中，T(x,y)表示卫星节点x和与之相邻的卫星节点y之间星间链路的信任值，Wz表示链路丢包率的权重，prl(x,y)表示卫星节点x和与之相邻的卫星节点y之间星间链路的链路丢包率，Wd表示链路拥塞率的权重，cor(x,y)表示卫星节点x和与之相邻的卫星节点y之间星间链路的链路拥塞率，并且满足Tl∈[0,1]，Wz+Wd＝1，Wz∈[0,1]，Wd∈[0,1]，∈表示属于符号；(6d)每一个组管理者将每一条星间链路的信任值添加到链路信任评估表中；(6e)每一个组管理者将链路信任评估表转发给与之相邻的中轨道MEO卫星；(7)构成可信网络拓扑：(7a)将两颗相邻卫星节点之间星间链路的信任值低于0.5的星间链路作为一条不可信链路；(7b)每一个组管理者删除链路信任评估表中的不可信链路，将剩下的星间链路所连接的卫星节点的拓扑快照存放在一个可信快照报告中；(7c)组管理者将可信快照报告传送给与之相邻的中轨道MEO卫星；(8)生成简易路由表：(8a)每一个组管理者以路径总时延为目标，利用迪杰斯特拉Dijkstra算法，计算自己组内的每一颗低轨道LEO卫星到其余所有低轨道LEO卫星的可信路径，并将计算结果添加到源路由表中；(8b)每一个组管理者抽取源路由表中的下一跳地址以及目的地址添加到简易路由表；(9)转发简易路由表：(9a)通过层间链路，每一个组管理者将简易路由表发送给自己管理的分组内的所有低轨道LEO卫星；(9b)每一颗低轨道LEO卫星接收组管理者发送的路由表，并按照此路由表中的下一跳地址将数据包转发给下一个卫星节点。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：董庆宽，郑静，陈原，李冠群，吴克强，李军辉，陶雅欣，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61