一种空天信息网络可靠路由方法技术

本发明专利技术提出一种空天信息网络可靠路由方法，针对大范围持续性通信中继场景，设计了基于同步卫星、中轨卫星和临近空间平台的空天信息网络架构模型，并基于空天信息网络架构，设计了可靠路由方法。在网络接入节点发生故障时，采用局部路由重建和全局路由重建相结合的方式进行路由维护，保障数据传输的连续性；在管理节点损坏时，通过中轨卫星层的多颗卫星共同承担管理节点的任务，保障控制信息的可靠传输。在网络状态发生突发变化时，为数据传输选择更加可靠的路径，进而保证空天信息网络在部分网络节点损坏情况下仍然能够为用户提供服务，提高网络的可靠性和抗毁能力。

【技术实现步骤摘要】
一种空天信息网络可靠路由方法
本专利技术属于信息科学领域，尤其涉及一种空天信息网络可靠路由方法。
技术介绍
空天信息网络是一种包含了各种航空器、航天器以及地面通信站等不同种类通信系统的综合性通信网络，可作为灾难、战争环境下的应急通信系统，也可作为传统地面通信网络和卫星通信网络的扩展，具有广阔的应用前景。空天信息网络的骨干节点可由航空器和航天器组成，数据通过多跳无线信道传输。相对于地面网络设施，空中通信设施成本较高，损坏后修复困难。并且由于空天信息网络的应用领域往往比较重要，网络故障造成的影响较为严重。因此要求空天信息网络应该具有较强的抗毁性和自我修复能力，使整个网络在部分节点出现故障时仍然保持一定的通信服务能力。除对故障设施进行物理修复之外，常用的方法是通过网络协议的设计来保障网络故障时的数据传输能力。通常在网络协议层面进行的主要方法是使数据传输绕开出现故障的网络设施，或者为网络增加可用的中继节点。一些针对卫星网络的路由技术中考虑到了网络的抗毁和路由的维护。当检测到网络中有节点或链路失效时，通过路径的重建对网络进行修复。路径重建方法包括部分路径重建和全部路径重建。部分路径重建时，路由计算者收集被失效节点(或链路)影响的路由信息，在小范围内重新计算路由，使路径绕过失效区域，保证业务正常传输。该方法收敛速度快，业务恢复时间短。但是，由于不能综合全网信息，对于某种准则(例如最短路径)来说，新计算的路由很可能不是最优的，从而降低了网络性能。全部路径重建方法是在网络中部分设施故障时，绕开故障区域，重新发起路由查找过程，建立新路径。这种方法保证了路由的最优性，但是收集全网的状态信息会影响路径重建的速度。因此，现在亟需研发出一种空天信息网络可靠路由方法，以解决现有技术中存在的技术问题，能够在快速重建路径的同时，保障新路由的最优性，并且需要考虑网络中关键节点损坏时控制信息的传输保障以及避免由于部分节点损坏造成的网络瘫痪。
技术实现思路
：针对现有技术中存在的缺陷或不足，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种空天信息网络可靠路由方法，能够保障节点故障或拥塞状况下的数据传输能力，有效提高空天信息网络的可靠性和抗毁能力。为实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种空天信息网络可靠路由方法，该方法包括以下步骤：S1、建立空天信息网络架构模型，将空天信息网络按照覆盖范围划分为一个个路由自治域，每个自治域中包括一个同步卫星、若干中轨卫星和临近空间平台，利用同步卫星进行网络信息的收集和管理，中轨卫星作为低轨卫星或低轨航天器的网络接入节点，临近空间平台作为飞机等航空器和海洋、地面设施的网络接入节点；S2、路由转发过程，在数据传输时，根据链路状态数据库中的信息采用Dijkstra算法按最短延时路径计算路由，进行数据转发；S3、接入节点损坏时的网络维护，通过从该上游节点到目的节点的局部路由重建来保障数据传输的连续性，同时通过管理节点向各个接入节点发送LSA更新网络状态，在全网进行全局的路由重建；S4、管理节点损坏时的路由维护，一个自治域中的接入节点将同步卫星作为路由协议中的指定路由器，将自身可以连接到的、具有最大连接度的中轨卫星节点作为备份的指定路由器；当同步卫星失效时，接入节点将LSA发送给备份的指定路由器，通过中轨卫星层的多颗卫星完成控制信息的传输。优选的，所述步骤S1中，网络中的中轨卫星和临近空间平台作为接入节点和数据转发路由器，负责逐跳转发用户数据；步卫星为管理节点，在路由协议中作为指定路由器，负责与接入节点进行链路状态信息的交换，接入节点之间不进行链路状态信息的交换；同步卫星向所有接入节点转发更新的LSA，各接入节点根据LSA形成整个自治域的链路状态数据库，并根据链路状态数据库计算传输路径。优选的，所述步骤S1中，网络中的中轨卫星和临近空间平台作为接入节点和数据转发路由器，负责逐跳转发用户数据；步卫星为管理节点，在路由协议中作为指定路由器，负责与接入节点进行链路状态信息的交换，接入节点之间不进行链路状态信息的交换；同步卫星向所有接入节点转发更新的LSA，各接入节点根据LSA形成整个自治域的链路状态数据库，并根据链路状态数据库计算传输路径。优选的，所述步骤S1中的链路状态数据库链路开销和网络维护开销构成，将整个网络抽象为一个加权有向图G(V,E)，其中V是图的顶点，表示网络中骨干节点的集合，V＝{V1,V2,…,Vn}；E是图的边，表示骨干节点之间的链路，E＝{(V1,V2),(V1,V3),…,(Vi,Vj)}，链路状态数据可表示为由eij构成的邻接矩阵L，如公式(1)所示：其中eij为每一条边的权值，代表链路(Vi,Vj)的状态，是由该链路的开销以及网络维护开销构成的向量，设Dij表示从Vi到Vj的链路传播延时，Aij为从Vi到Vj的网络维护开销，则eij＝(Dij,Aij)。优选的，所述步骤S2具体包括以下分步骤：S21、接入节点向管理节点发送LSA；S22、管理节点根据接收到的LSA判断该接入节点未知的LSA，并发送给该接入节点；S23、接入节点根据接收到的LSA，计算形成链路状态数据库；S24、接入节点根据链路状态数据库，用Dijkstra算法计算到某个目的接入节点的路由表；S25、当接入节点有数据转发时，根据路由表转发数据。优选的，所述步骤S3具体包括以下分步骤：S31、当接入节点i发现i与j之间的链路(i,j)失效时，节点i作为(i,j)的上游节点，发起路由维护过程；S32、节点i更新自身的链路状态数据库链路状态数据库，将(i,j)这条链路的网络维护开销设为Aij＝∞，重新计算业务传输的路径，并按照新的路径转发数据；S33、节点i向管理节点发送一个指定的LSA，代表该链路失效；管理节点转发此链路的LSA，网络中的其他接入节点收到LSA后，更新自身的链路状态数据库，进行全局路由重建；S34、节点i周期性地发送指定的HELLO消息，探测i与j之间的链路是否恢复，如果i到j的链路恢复并且稳定，i向管理节点发送另一指定的LSA，其中“链路开销”设为链路(i,j)的延时，由管理节点向其他接入节点转发，代表该链路恢复；S35、如果j与所有邻居之间的链路都失效，则网络判断节点j损坏，将其从链路状态数据库中删除，减少路由计算时的计算量，并且邻居节点也停止发送HELLO消息，减少不必要的开销；如果j从故障中恢复，通过广播HELLO消息来通知邻居节点。优选的，所述步骤S4具体包括以下分步骤：S41、设g为网络中的管理卫星，当某接入节点i发现其与管理卫星之间的链路(i,g)失效时，i在与自身相连的中轨卫星中选择连接度最大的一个mi作为管理节点，将需要发送给g的控制信息发送给mi，由mi完成此次控制信息的转发；S42、mi在收到i发来的LSA后，判断出链路(i,g)失效，将LSA广播给其连接的所有接入节点，中轨卫星收到LSA后，更新自身本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空天信息网络可靠路由方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/nS1、建立空天信息网络架构模型，将空天信息网络按照覆盖范围划分为一个个路由自治域，每个自治域中包括一个同步卫星、若干中轨卫星和临近空间平台，利用同步卫星进行网络信息的收集和管理，中轨卫星作为低轨卫星或低轨航天器的网络接入节点，临近空间平台作为飞机等航空器和海洋、地面设施的网络接入节点；/nS2、路由转发过程，在数据传输时，根据链路状态数据库中的信息采用Dijkstra算法按最短延时路径计算路由，进行数据转发；/nS3、接入节点损坏时的网络维护，通过从该上游节点到目的节点的局部路由重建来保障数据传输的连续性，同时通过管理节点向各个接入节点发送LSA更新网络状态，在全网进行全局的路由重建；/nS4、管理节点损坏时的路由维护，一个自治域中的接入节点将同步卫星作为路由协议中的指定路由器，将自身可以连接到的、具有最大连接度的中轨卫星节点作为备份的指定路由器；当同步卫星失效时，接入节点将LSA发送给备份的指定路由器，通过中轨卫星层的多颗卫星完成控制信息的传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种空天信息网络可靠路由方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、建立空天信息网络架构模型，将空天信息网络按照覆盖范围划分为一个个路由自治域，每个自治域中包括一个同步卫星、若干中轨卫星和临近空间平台，利用同步卫星进行网络信息的收集和管理，中轨卫星作为低轨卫星或低轨航天器的网络接入节点，临近空间平台作为飞机等航空器和海洋、地面设施的网络接入节点；
S2、路由转发过程，在数据传输时，根据链路状态数据库中的信息采用Dijkstra算法按最短延时路径计算路由，进行数据转发；
S3、接入节点损坏时的网络维护，通过从该上游节点到目的节点的局部路由重建来保障数据传输的连续性，同时通过管理节点向各个接入节点发送LSA更新网络状态，在全网进行全局的路由重建；
S4、管理节点损坏时的路由维护，一个自治域中的接入节点将同步卫星作为路由协议中的指定路由器，将自身可以连接到的、具有最大连接度的中轨卫星节点作为备份的指定路由器；当同步卫星失效时，接入节点将LSA发送给备份的指定路由器，通过中轨卫星层的多颗卫星完成控制信息的传输。


2.根据权利要求1所述的空天信息网络可靠路由方法，其特征在于，所述步骤S1中，网络中的中轨卫星和临近空间平台作为接入节点和数据转发路由器，负责逐跳转发用户数据；步卫星为管理节点，在路由协议中作为指定路由器，负责与接入节点进行链路状态信息的交换，接入节点之间不进行链路状态信息的交换；同步卫星向所有接入节点转发更新的LSA，各接入节点根据LSA形成整个自治域的链路状态数据库，并根据链路状态数据库计算传输路径。


3.根据权利要求2所述的空天信息网络可靠路由方法，其特征在于，所述步骤S1中，网络中的中轨卫星和临近空间平台作为接入节点和数据转发路由器，负责逐跳转发用户数据；步卫星为管理节点，在路由协议中作为指定路由器，负责与接入节点进行链路状态信息的交换，接入节点之间不进行链路状态信息的交换；同步卫星向所有接入节点转发更新的LSA，各接入节点根据LSA形成整个自治域的链路状态数据库，并根据链路状态数据库计算传输路径。


4.根据权利要求3所述的空天信息网络可靠路由方法，其特征在于，所述步骤S1中的链路状态数据库链路开销和网络维护开销构成，将整个网络抽象为一个加权有向图G(V,E)，其中V是图的顶点，表示网络中骨干节点的集合，V＝{V1,V2,…,Vn}；E是图的边，表示骨干节点之间的链路，E＝{(V1,V2),(V1,V3),…,(Vi,Vj)}，链路状态数据可表示为由eij构成的邻接矩阵L，如公式(1)所示：



其中eij为每一条边的权值，代表链路(Vi,Vj)的状态，是由该链路的开销以及网络维护开销构成的向量，设Dij表示从Vi到Vj的链路传播延时，Aij为从Vi到Vj的网络维护开销，则eij＝(Dij,Aij)。


5.根据权利要求4所述的空天信息网络可靠路由方法，其特征在于，所述步骤S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟强，张瑞，张倩，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44