基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法，其在系统周期的每个时隙内，均按照下述流程执行组播路由切换：获取当前时隙的离散拓扑快照并利用无向图表示；基于无向图计算组播树，使该组播树在各节点间转发使用；响应于不同切换场景下的切换需求，根据目标切换节点与当前组播树的关系，从预设的多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，并使新的组播树在各节点间转发使用；多种切换策略包括：路径截断策略、路径扩展策略、传统重路由策略以及改进重路由策略。本发明专利技术有效减少了因频繁切换带来的计算量，改善了低轨卫星高速动态性带来的链路频繁切换、拓扑改变等现状，提高了对于低轨卫星网络的资源的利用率。源的利用率。源的利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法


[0001]本专利技术属于低轨卫星网络
，具体涉及基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法。

技术介绍

[0002]随着通信技术的快速发展，低轨卫星网络凭借其全球覆盖和低时延的特点和对于未来随时随地、大宽带通信愿景的支持，逐渐成为研究的热点，受到了广泛的研究。
[0003]由于低轨卫星的高速和周期性的运动特点以及低轨卫星网络独特的星间链路连接关系，低轨卫星网络并不完全适应传统的地面路由技术。为了解决低轨卫星网络中的路由问题，现有的研究按照拓扑处理方式主要划分为以下三大类，分别是虚拟节点路由、虚拟拓扑快照路由以及动态拓扑分析路由。
[0004]其中，针对虚拟拓扑快照路由，其充分考虑了卫星网络的可预测性、周期性、规则性等特点，通过将卫星网络的系统周期T划分为若干个时隙(T1,T2,
…
Tn)的虚拟拓扑路由，一定程度上屏蔽了低轨卫星的动态性，但实际上只是变相的转化为在时隙内重路由以及在时隙间重路由，虽然在一定程度上简化了低轨卫星路由的计算，但仍旧存在链路频繁变化造成的频繁路由重计算这一技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供了基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法。
[0006]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法，在所述低轨卫星网络的系统周期的每个时隙内，均按照下述流程执行组播路由切换：
[0008]获取低轨卫星网络在当前时隙的离散拓扑快照，并利用无向图表示该离散拓扑快照；
[0009]基于所述无向图利用最短路径算法计算低轨卫星网络的组播树，以使该组播树在各节点间转发使用；
[0010]响应于不同切换场景下的切换需求，根据目标切换节点与当前组播树的关系，从预设的多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，并使新的组播树在各节点间转发使用；
[0011]其中，所述多种切换策略包括：路径截断策略、路径扩展策略、传统重路由策略以及改进重路由策略；
[0012]所述传统重路由策略是基于所述离散拓扑快照为起始节点和终止节点计算最短路径的路由策略；
[0013]所述改进重路由策略是基于修改的离散拓扑快照为起始节点和终止节点计算最短路径的路由策略；其中，所述修改的离散拓扑快照是将所述离散拓扑快照中属于当前组
播树的非路径端点进行屏蔽后得到的；路径端点包括计算最短路径时的起始节点和终止节点。
[0014]可选地，所述切换场景包括：目标切换节点为目的节点的组播接收切换场景；
[0015]所述响应于不同切换场景下的切换需求，根据目标切换节点与当前组播树的关系，从预设的多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，并使新的组播树在各节点间转发使用，包括：
[0016]响应于组播接收切换场景下的切换需求，面向所有要切换目的节点的用户终端统计新目的节点数，并判断统计值是否超过这些用户终端的原目节点数的一半；
[0017]若超过，选择所述传统重路由策略重新计算每个用户终端的源节点和新目的节点之间的最短路径，并根据计算结果对当前组播树进行更新；
[0018]若未超过，针对每个要切换目的节点的用户终端，根据其新目的节点与当前组播树的拓扑关系，从所述多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新；
[0019]当针对所有要切换目的节点的用户终端均完成组播树的更新操作后，使新的组播树在各节点间转发使用。
[0020]可选地，所述针对每个要切换目的节点的用户终端，根据其新目的节点与当前组播树的拓扑关系，从所述多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，包括：
[0021]针对每个要切换目的节点的用户终端，
[0022]若其新目的节点属于当前组播树，则选择所述路径截断策略对当前组播树进行更新；
[0023]若其新目的节点不属于当前组播树，则从剩余策略中选择切换策略对当前组播树进行更新。
[0024]可选地，所述若其新目的节点不属于当前组播树，则从剩余策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，包括：
[0025]若其新目的节点不属于当前组播树，进一步判断该用户终端是否有原目的节点通向其新目的节点且通往的路径满足预设的同轨道跳数约束以及环路避免约束；
[0026]当判断结果为是时，选择所述路径扩展策略对当前组播树进行更新；
[0027]当判断结果为否时，选择所述改进重路由策略重新计算该用户终端的原目的节点与新目的节点之间的最短路径，并根据计算结果对当前组播树进行更新。
[0028]可选地，所述切换场景包括：目标切换节点为源节点的组播源切换场景；
[0029]所述响应于不同切换场景下的切换需求，根据目标切换节点与当前组播树的关系，从预设的多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，并使新的组播树在各节点间转发使用，包括：
[0030]响应于组播源切换场景下的切换需求，针对每个要切换源节点的用户终端，根据其新源节点与当前组播树的拓扑关系，从预设的多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新；
[0031]当针对所有要切换源节点的用户终端均完成组播树的更新操作后，使新的组播树在各节点间转发使用。
[0032]可选地，所述针对每个要切换源节点的用户终端，根据其新源节点与当前组播树的拓扑关系，从预设的多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，包括：
[0033]针对每个要切换源节点的用户终端，
[0034]若其新源节点属于当前组播树，则进一步判断其新源节点是否为当前组播树的主干节点；若为主干节点，直接切换；若不为主干节点，则选择所述传统重路由策略重新计算该用户终端的新源节点与目的节点之间的最短路径，并根据计算结果对当前组播树进行更新；
[0035]若其新源节点不属于当前组播树，则进一步判断该用户终端是否有原源节点通向其新源节点且通往的路径满足预设的同轨道跳数约束以及环路避免约束；
[0036]当判断结果为是时，选择所述路径扩展策略对当前组播树进行更新；
[0037]当判断结果为否时，选择所述改进重路由策略重新计算该用户终端的原源节点与新源节点之间的最短路径，并根据计算结果对当前组播树进行更新。
[0038]可选地，所述最短路径法，包括：单源最短路径法、多源最短路径法或者蚁群算法。
[0039]可选地，所述同轨道跳数约束的判断方式包括：
[0040]针对待判路径两端的两个节点，计算[S
A
/s]以及[S
B
/s]；其中，S
A
、S
B
分别为所述两个节点的编号，s＝n/p，n为所述低轨卫星网络的节点总数，p为轨道平面数；
[0041]如果[S
A
/s]等于[S
B
/s]，进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法，其特征在于，在所述低轨卫星网络的系统周期的每个时隙内，均按照下述流程执行组播路由切换：获取低轨卫星网络在当前时隙的离散拓扑快照，并利用无向图表示该离散拓扑快照；基于所述无向图利用最短路径算法计算低轨卫星网络的组播树，以使该组播树在各节点间转发使用；响应于不同切换场景下的切换需求，根据目标切换节点与当前组播树的关系，从预设的多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，并使新的组播树在各节点间转发使用；其中，所述多种切换策略包括：路径截断策略、路径扩展策略、传统重路由策略以及改进重路由策略；所述传统重路由策略是基于所述离散拓扑快照为起始节点和终止节点计算最短路径的路由策略；所述改进重路由策略是基于修改的离散拓扑快照为起始节点和终止节点计算最短路径的路由策略；其中，所述修改的离散拓扑快照是将所述离散拓扑快照中属于当前组播树的非路径端点进行屏蔽后得到的；路径端点包括计算最短路径时的起始节点和终止节点。2.根据权利要求1所述的基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法，其特征在于，所述切换场景包括：目标切换节点为目的节点的组播接收切换场景；所述响应于不同切换场景下的切换需求，根据目标切换节点与当前组播树的关系，从预设的多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，并使新的组播树在各节点间转发使用，包括：响应于组播接收切换场景下的切换需求，面向所有要切换目的节点的用户终端统计新目的节点数，并判断统计值是否超过这些用户终端的原目节点数的一半；若超过，选择所述传统重路由策略重新计算每个用户终端的源节点和新目的节点之间的最短路径，并根据计算结果对当前组播树进行更新；若未超过，针对每个要切换目的节点的用户终端，根据其新目的节点与当前组播树的拓扑关系，从所述多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新；当针对所有要切换目的节点的用户终端均完成组播树的更新操作后，使新的组播树在各节点间转发使用。3.根据权利要求2所述的基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法，其特征在于，所述针对每个要切换目的节点的用户终端，根据其新目的节点与当前组播树的拓扑关系，从所述多种切换策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，包括：针对每个要切换目的节点的用户终端，若其新目的节点属于当前组播树，则选择所述路径截断策略对当前组播树进行更新；若其新目的节点不属于当前组播树，则从剩余策略中选择切换策略对当前组播树进行更新。4.根据权利要求3所述的基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法，其特征在于，所述若其新目的节点不属于当前组播树，则从剩余策略中选择切换策略对当前组播树进行更新，包括：若其新目的节点不属于当前组播树，进一步判断该用户终端是否有原目的节点通向其
新目的节点且通往的路径满足预设的同轨道跳数约束以及环路避免约束；当判断结果为是时，选择所述路径扩展策略对当前组播树进行更新；当判断结果为否时，选择所述改进重路由策略重新计算该用户终端的原目的节点与新目的节点之间的最短路径，并根据计算结果对当前组播树进行更新。5.根据权利要求1所述的基于虚拟拓扑的低轨卫星网络的组播路由切换方法，其特征在于，所述切换场景包括：目标切换节点为源节点的组播源切换场景；...

【专利技术属性】
技术研发人员：俱莹，王钰琦，宋佳鑫，张亚生，何辞，董飞虎，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：