專利名稱：基于虛擬節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星網(wǎng)可靠路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種適用于衛(wèi)星網(wǎng)的動(dòng)態(tài)路由方法，主要用于解決在衛(wèi)星網(wǎng)動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下， 衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)獲得路由信息的復(fù)雜性問題，屬于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，衛(wèi)星網(wǎng)以其重要的戰(zhàn)略地位逐漸成為當(dāng)前世界各航天大國研究的熱點(diǎn)。衛(wèi)星網(wǎng) 通過衛(wèi)星星際和星地通信鏈路將不同軌道、種類和性能的衛(wèi)星、航天飛行器和其他空間實(shí)體 以及地面設(shè)施連接起來，成為一個(gè)可以覆蓋全球的綜合通信網(wǎng)絡(luò)，并按照空間信息資源的最 大有效綜合利用原則，互聯(lián)互通，有機(jī)構(gòu)成的智能化體系。衛(wèi)星網(wǎng)具有自主的信息獲取、儲(chǔ) 存、處理及分發(fā)能力，能與陸、海、空基的信息系統(tǒng)互聯(lián)，因此在軍事偵察監(jiān)視、防御與對 抗、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測、資源探測、預(yù)警、導(dǎo)航定位和通信廣播等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。中 低軌衛(wèi)星能提供較低的時(shí)延特性，所以能夠提供幾乎所有應(yīng)用的需求，包括一些視頻、語音 等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，因此由中低軌衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是國內(nèi)外目前主要發(fā)展的對象。
衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)上高效信息傳輸與交換的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于衛(wèi)星不斷地 沿著各自的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速而又有規(guī)律的變化著，這使得衛(wèi)星 網(wǎng)絡(luò)中的路由機(jī)制有特殊的需求?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)路由選擇機(jī)制不能適應(yīng)衛(wèi)星網(wǎng)的特點(diǎn)和需求，已 經(jīng)有許多衛(wèi)星網(wǎng)上的路由算法被提出來,具有代表性的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法主要有
參基于IP的路由定義了一個(gè)由衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、地面關(guān)口站、標(biāo)準(zhǔn)終端和移動(dòng)終端構(gòu)成的 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，給出了由地面網(wǎng)關(guān)和衛(wèi)星共同完成路由和用戶跟蹤的混合模型。以Teledesic衛(wèi)星 系統(tǒng)作為研究問題的參考模型，通過把地球表面按衛(wèi)星覆蓋域進(jìn)行邏輯編址，然后運(yùn)用這些 邏輯編址的虛擬結(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由選擇。
*分布式的路由算法將整個(gè)地球表面按照衛(wèi)星的軌道平面P以及其在哪個(gè)軌道的編號(hào) S的組合來對衛(wèi)星進(jìn)行邏輯編址〈P， S〉，而地球表面的邏輯地址固定不變，最靠近區(qū)域的衛(wèi) 星被認(rèn)為其邏輯地址是對于這個(gè)區(qū)域的邏輯地址，衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)的過程中改變其邏輯地址為同 一軌道內(nèi)前一個(gè)衛(wèi)星的邏輯編址。在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路由主要根據(jù)衛(wèi)星的邏輯地 址計(jì)算跳數(shù)。.
*快照序列路由算法把一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)周期內(nèi)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分離成一系列 的靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，衛(wèi)星系統(tǒng)在某一特定時(shí)刻的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有一個(gè)已定義的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)"快 照"與之對應(yīng)，而且每當(dāng)ISL發(fā)生變化時(shí)，則認(rèn)為是一個(gè)新的快照。衛(wèi)皇根據(jù)這些預(yù)先由地面 網(wǎng)絡(luò)中心計(jì)算得到的拓?fù)淇煺?，生成各個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)絡(luò)路由信息。
基于ATM的路由基于ATM技術(shù)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)需要解決VP路由，根據(jù)衛(wèi)星的移動(dòng)動(dòng)態(tài)建 立和維護(hù)VP路由表，而衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的頻繁改變使得VP路由的切換也非常頻繁，這給系 統(tǒng)帶來較高的開銷。由ISL鏈路動(dòng)態(tài)變化的可預(yù)知性，Werner提出了一種VP路由的方法，采用 了快照序列思想，將衛(wèi)星系統(tǒng)周期平均分為N個(gè)時(shí)間間隔，在每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)假定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有^變化或變化很小，這樣路由的問題轉(zhuǎn)化為靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的VP路由計(jì)算。
隨著衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)更多地承擔(dān)多媒體信息服務(wù)、個(gè)人通信終端的視頻和音頻服務(wù)，現(xiàn)有的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法還存在不足之處，因此需要研究全新的路由選擇算法、協(xié)議與實(shí)現(xiàn)機(jī)制。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供基于虛擬節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星網(wǎng)可靠路由方法，來解決衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)路由信息獲取的復(fù)雜性問題。通過使用本發(fā)明提出的方法可以在滿足一定衛(wèi)星星座模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星系統(tǒng)及時(shí)、可靠的路由功能。
技術(shù)方案本發(fā)明的方法是在類似極地軌道星座模型(例如銥星系統(tǒng))基礎(chǔ)上，將地面劃分成固定的邏輯區(qū)域，衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)實(shí)際作為"虛擬節(jié)點(diǎn)"來使用，且用被其覆蓋下的地面邏輯區(qū)域地址來標(biāo)識(shí)。通過這種"虛擬節(jié)點(diǎn)"的衛(wèi)星網(wǎng)定義，將原本動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)變成了一張靜態(tài)不變的圖結(jié)構(gòu)，設(shè)其為圖結(jié)構(gòu)A;衛(wèi)星在用某個(gè)地面邏輯區(qū)域標(biāo)識(shí)的同時(shí)，也獲得了該地面邏輯區(qū)域在圖A上的位置信息，從而確定了數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。本發(fā)明同時(shí)給出了一個(gè)可靠的路由獲取方式。在"虛擬節(jié)點(diǎn)"組成的衛(wèi)星網(wǎng)環(huán)境下，運(yùn)用了可靠的路由獲取方法后，將大大降低由于路徑改變造成的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)錯(cuò)誤，減少了不必要的星上處理負(fù)荷和星際鏈路可用帶寬的浪費(fèi)，提高了衛(wèi)星系統(tǒng)的處理效率。
本發(fā)明的基于虛擬節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星網(wǎng)可靠路由方法為衛(wèi)星由被其覆蓋的地面邏輯區(qū)域地址標(biāo)識(shí)，即被賦予特定的角色；通過發(fā)出鏈路探測包了解周邊虛擬節(jié)點(diǎn)的連通情況，生成本虛擬節(jié)點(diǎn)下的路由更新信息包，設(shè)定泛洪跳數(shù)為N后向滿足要求的鏈路接口發(fā)送；接收到該路由更新信息包的衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)，對路由更新信息包里的參數(shù)進(jìn)行修正后，提取出更新信息包各個(gè)路由項(xiàng)信息的可達(dá)跳數(shù)J,通過理想最短路徑長度的計(jì)算方法，得到本衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)到目的地面邏輯區(qū)域的理論最短路徑長度L，比較L+l與J是否相等，只有滿足相等條件才允許該更新路由項(xiàng)對本虛擬節(jié)點(diǎn)路由表項(xiàng)進(jìn)行修改；當(dāng)衛(wèi)星的"虛擬節(jié)點(diǎn)"角色需要改變時(shí)，首先進(jìn)行繼承可行性的判斷，滿足可行性要求的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由的繼承操作，
其中理論最短路徑長度的計(jì)算步驟如下
步驟l:為每個(gè)虛擬環(huán)境下的節(jié)點(diǎn)定義一個(gè)索引結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的索引標(biāo)識(shí)值由虛擬節(jié)點(diǎn)屬性值賦予，索引的內(nèi)容由理論最短路徑長度、虛擬節(jié)點(diǎn)屬性值信息對構(gòu)成；信息對中理論最短路徑長度域表示索引標(biāo)識(shí)值代表的虛擬節(jié)點(diǎn)與信息對中虛擬節(jié)點(diǎn)之間的理論最短矢量距離，
步驟2:為每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)定義的索引結(jié)構(gòu)被放在實(shí)際衛(wèi)星網(wǎng)每個(gè)衛(wèi)星實(shí)體上，當(dāng)衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)獲得路由更新信息包后，提取出其中包含的路由項(xiàng)條目，對其中可達(dá)域中的值加l,
步驟3:根據(jù)本衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)屬性值，査找指定的索引結(jié)構(gòu)，再根據(jù)提取出的路由項(xiàng)條目中的目的邏輯區(qū)域地址，査找對應(yīng)的信息對，將對應(yīng)信息對的理論最短路徑長度賦給L，這樣就完成了理論最短路徑長度的計(jì)算。
所述的衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)可通過繼承操作獲得路由信息，即路由信息在同一軌道上相鄰衛(wèi)星之間傳遞，從而達(dá)到衛(wèi)星依據(jù)該路由信息快速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的目的，基于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息繼承步驟描述如下
步驟21:假設(shè)在極地軌道星座模型下衛(wèi)星運(yùn)行周期為T，在同一軌道上存在N顆衛(wèi)星的情況下，每隔S分鐘存在一次虛擬節(jié)點(diǎn)角色轉(zhuǎn)換；步驟22:由于地球的自轉(zhuǎn)，同時(shí)又因?yàn)榛谔摂M節(jié)點(diǎn)的路由信息繼承機(jī)制只能在同一軌
道相鄰兩顆衛(wèi)星之間進(jìn)行，從而基于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息存在失效問題，假設(shè)該路由信息失
效發(fā)生的平均周期時(shí)間為H;
步驟23:判斷此衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)是否會(huì)在S時(shí)間內(nèi)發(fā)生路由信息失效現(xiàn)象，即看該衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息有效期是否超過H的生存時(shí)間；如果超過H的生存時(shí)間，則在虛擬節(jié)點(diǎn)路由信息失效時(shí)重新由虛擬節(jié)點(diǎn)角色分配器分配屬性；
步驟24:當(dāng)基于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息有效期不超過H的生存時(shí)間，則在S時(shí)間后，衛(wèi)星
虛擬節(jié)點(diǎn)將啟動(dòng)繼承模塊功能，將該虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息封裝后傳遞到同一軌道上下一個(gè)覆
蓋該地面邏輯區(qū)域的衛(wèi)星上；
步驟25:封裝后的虛擬節(jié)點(diǎn)路由信息包到達(dá)指定衛(wèi)星上后，將同樣由繼承模塊解封裝該包，裝入新環(huán)境中的衛(wèi)星路由表中，并由虛擬節(jié)點(diǎn)角色分配器從中取出屬性值，完成一次基于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息繼承工作。
有益效果本發(fā)明方法提出了一種基于虛擬節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星網(wǎng)可靠路由方法，主要用于解決衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)獲取路由信息的復(fù)雜性問題，通過使用本發(fā)明提出的方法可以在類似極地軌道衛(wèi)星星座基礎(chǔ)上，屏蔽衛(wèi)星網(wǎng)拓?fù)涞淖兓?，降低不必要的衛(wèi)星計(jì)算負(fù)荷和星際鏈路可用帶寬浪費(fèi)，對數(shù)據(jù)包能夠在"虛擬節(jié)點(diǎn)"環(huán)境下達(dá)到快速地路由判斷，從而極大地提高了衛(wèi)星系統(tǒng)的工作效率；同時(shí)基于本發(fā)明提出的路由方法構(gòu)建的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)具有很好的擴(kuò)展性，有利于更好地實(shí)現(xiàn)單個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)湫畔⒌陌盐铡?br>
良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔硎就ǔＲ孕l(wèi)星本身作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)的路由方法，會(huì)由于星際鏈路的頻繁通斷等原因造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓欤欢捎帽景l(fā)明中的"虛擬節(jié)點(diǎn)"思想構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，將衛(wèi)星映射為被其覆蓋下的某個(gè)地面邏輯區(qū)域地址，將變化太快的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆成錇橐粡堨o態(tài)圖.大大加強(qiáng)了 "虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息的可用性。
良好的路由收斂性本發(fā)明中引入可靠的路由信息獲取途徑方式。利用該方式，衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"對周邊其他"虛擬節(jié)點(diǎn)"的可達(dá)情況有了一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)，減少了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。
高效性本發(fā)明引入"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息的繼承機(jī)制。利用該機(jī)制，衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"可在第一時(shí)間獲得對應(yīng)的路由信息，不需要更多的協(xié)議開銷就可執(zhí)行快速地?cái)?shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。
可擴(kuò)展性本發(fā)明方法適用于類似極地軌道星座的單層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可在多層衛(wèi)星體系結(jié)構(gòu)中進(jìn)行擴(kuò)展。
圖1是基于虛擬節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星網(wǎng)可靠路由方法總體結(jié)構(gòu)。
圖2是將地球表面劃分為邏輯區(qū)域的示意圖。
圖3是可靠路由信息獲取模塊工作流程。
圖4是"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息繼承模塊工作流程。
圖5是基于本發(fā)明方法提出的一種雙層衛(wèi)星網(wǎng)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議模型。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的衛(wèi)星網(wǎng)路由方法由"虛擬節(jié)點(diǎn)"的定義、可靠路由信息的獲取和"虛擬節(jié)點(diǎn)"路電信息的繼承部分組成。通過"虛擬節(jié)點(diǎn)"的定義，我們將被衛(wèi)星系統(tǒng)覆蓋的地球表面劃分成了若干由(經(jīng)度值、緯度值)表示的地面邏輯區(qū)域，實(shí)際衛(wèi)星用被其覆蓋下的某個(gè)地面邏輯區(qū)域地址表示；在將衛(wèi)星用"虛擬節(jié)點(diǎn)"表示以后，就需要通過可靠的路由信息獲取途徑得到周邊"虛擬節(jié)點(diǎn)"的連通情況；由于衛(wèi)星網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)拓?fù)涮匦?，?dāng)衛(wèi)星扮演的"虛擬節(jié)點(diǎn)"角色改變時(shí)，又希望能夠?qū)?虛擬節(jié)點(diǎn)"所擁有的路由信息傳遞給下一個(gè)扮演該角色的衛(wèi)星，在拓?fù)涓淖兦闆r下實(shí)際不改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。其中可靠的路由信息獲取途徑被描述如下
1) .某一時(shí)刻，衛(wèi)星網(wǎng)中所有衛(wèi)星都以正確的"虛擬節(jié)點(diǎn)"表示，表示的正確性與否由衛(wèi)星通過地面詢問或繼承途徑判斷；
2) .衛(wèi)星代表的"虛擬節(jié)點(diǎn)"向相鄰的"虛擬節(jié)點(diǎn)"詢問連通性與否，獲得連通信息以后生成代表本衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"的路由更新信息包，以泛洪跳數(shù)N的方式向相鄰連通的"虛擬節(jié)點(diǎn)"發(fā)送；
2a).生成路由更新信息包的衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"，根據(jù)包中的鏈路屬性，選擇發(fā)送的鏈路不應(yīng)是該路由更新信息包中反映的對象；即從某個(gè)鏈路獲得的鏈路信息生成的路由更新信息包，將不被發(fā)送到該鏈路所對應(yīng)的接口上；
2b).從接口 (設(shè)為A)獲得路由更新信息包的衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"，根據(jù)該包的內(nèi)容修改本衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"的路由表項(xiàng)，同時(shí)將泛洪跳數(shù)N減1后判斷是否繼續(xù)進(jìn)行泛洪過程；假如需要再進(jìn)行泛洪，則向除鏈路接口 A以外的其他接口發(fā)送該路由更新信息包。對獲得的路由更新信息包進(jìn)行操作的過程中，定義了一個(gè)可靠性規(guī)則
* 設(shè)本衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"所對應(yīng)的地面邏輯區(qū)域地址為Addr 獲得的路由更新信息包中目的區(qū)域所對應(yīng)的地面邏輯區(qū)域地址為Addrs，到Addrs的可達(dá)跳數(shù)為J:
* 計(jì)算Addr *與Addr目之間的理論最短路徑長度，設(shè)為L;
* 判斷L+l是否與J相等，只有相等情況下才允許該路由更新信息包對本衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"的路由表項(xiàng)進(jìn)行修改。
3).隨著泛洪跳數(shù)N的增加， 一方面使衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"了解到更多的地面邏輯區(qū)域可達(dá)信息，同時(shí)也必須看到衛(wèi)星計(jì)算負(fù)荷的增長和星際鏈路可用帶寬的減少，選擇合適的泛洪跳數(shù)是要根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)系統(tǒng)中衛(wèi)星個(gè)數(shù)、星際鏈路可用帶寬、衛(wèi)星計(jì)算能力等因素決定。通常對于中等規(guī)模的衛(wèi)星網(wǎng)，N選為2或3己經(jīng)是滿足要求了。
"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息的繼承過程是本發(fā)明中比較有特色的部分，正因?yàn)槲覀儗⑿l(wèi)星用"虛擬節(jié)點(diǎn)"表示，衛(wèi)星根據(jù)"虛擬節(jié)點(diǎn)"的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，所以"虛擬節(jié)點(diǎn)"掩蓋了衛(wèi)星網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性，也使得"虛擬節(jié)點(diǎn)"的路由表信息在某種程度上是相同的，對其在后繼衛(wèi)星上進(jìn)行繼承操作有利于數(shù)據(jù)包在衛(wèi)星系統(tǒng)中的快速轉(zhuǎn)發(fā)，提高數(shù)據(jù)包處理效率。
—、體系結(jié)構(gòu)
基于"虛擬節(jié)點(diǎn)"的衛(wèi)星網(wǎng)可靠路由方法是一種運(yùn)行在單層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)上的路由協(xié)議框架，很好地屏蔽了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目焖僮兓岣吡寺酚尚畔⒌氖諗啃?，加快了?shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速率。"虛擬節(jié)點(diǎn)"角色分配器、可靠路由信息獲取模塊和"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息繼承模塊是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的主要功能部件，下面就對幾個(gè)具體部分給出說明
"虛擬節(jié)點(diǎn)"角色分配器在角色分配器中，實(shí)際衛(wèi)星被當(dāng)作分布式對象來進(jìn)行處理，角色分配器根據(jù)多種途徑獲取當(dāng)前某個(gè)分布式對象衛(wèi)星的"虛擬節(jié)點(diǎn)"屬性，完成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的"虛擬節(jié)點(diǎn)"化。角色分配器獲取屬性途徑有
(1) .通過"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息繼承模塊獲得當(dāng)前分布式對象衛(wèi)星的"虛擬節(jié)點(diǎn)"屬性；這意味著當(dāng)前衛(wèi)星能夠承擔(dān)繼承而來的"虛擬節(jié)點(diǎn)"角色，不會(huì)引起實(shí)際網(wǎng)絡(luò)在"虛擬節(jié)點(diǎn)"環(huán)境下的錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)；
(2) .通過角色分配器自身產(chǎn)生當(dāng)前分布式對象衛(wèi)星的"虛擬節(jié)點(diǎn)"屬性，角色分配器可以通過當(dāng)前衛(wèi)星覆蓋地球的(經(jīng)度值、緯度值)來得到"虛擬節(jié)點(diǎn)"環(huán)境下的某個(gè)屬性值，或借助于地面計(jì)算中心的幫助也可以實(shí)現(xiàn)角色的分配。
可靠路由信息獲取模塊在該模塊中，我們定義了理論最短路徑長度的計(jì)算算法，由于在"虛擬節(jié)點(diǎn)"環(huán)境下節(jié)點(diǎn)的位置都是固定不變的，對于任何一個(gè)"虛擬節(jié)點(diǎn)"我們都構(gòu)造一個(gè)索引結(jié)構(gòu)，索引值為該"虛擬節(jié)點(diǎn)"的屬性值，索引內(nèi)容表示為{最短路徑長度，"虛擬節(jié)點(diǎn)"屬性值}這樣的信息對。理論最短路徑長度計(jì)算過程為
在索引結(jié)構(gòu)中査找索引值為本衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"屬性值的部分，在下一級索引中找出路由更新信息包中目的"虛擬節(jié)點(diǎn)"屬性值對應(yīng)的信息對，并將最短路徑長度賦給L。
可靠路由信息獲取模塊判斷L+l與路由更新信息包中目的"虛擬節(jié)點(diǎn)"可達(dá)跳數(shù)J是否相等，決定是否用該路由更新信息包更改本衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由表項(xiàng)。
"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息旨^^:在該模塊中，我們完成"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息的封裝、繼承可行性的判斷和對接收來的"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息進(jìn)行解封裝，提取出重要的屬性信息。
繼承可行性的判斷是因?yàn)樵诘厍蜃赞D(zhuǎn)和衛(wèi)星網(wǎng)快速拓?fù)渥兓闆r下，"虛擬節(jié)點(diǎn)"代表的路由信息在實(shí)際衛(wèi)星網(wǎng)拓?fù)渲锌赡懿辉儆杏?，這時(shí)需要"虛擬節(jié)點(diǎn)"角色分配器重新為衛(wèi)星分配虛擬屬性值。
如果滿足繼承可行性條件，"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息的封裝與解封裝過程就是將虛擬環(huán)境下的路由信息傳遞到下一個(gè)衛(wèi)星，完成路由信息的裝入過程。二、 方法流程
首先，"虛擬節(jié)點(diǎn)"角色分配器分布式地完成所有衛(wèi)星的虛擬化，用被衛(wèi)星覆蓋下的地面邏輯區(qū)域地址對該衛(wèi)星進(jìn)行標(biāo)識(shí)。代表"虛擬節(jié)點(diǎn)"的衛(wèi)星通過鏈路詢問探測周邊"虛擬節(jié)點(diǎn)"的連通情況，生成本"虛擬節(jié)點(diǎn)"的路由更新信息包，在路由更新信息包中設(shè)定一個(gè)泛洪跳數(shù)N，向滿足要求的鏈路接口發(fā)送該路由更新信息包。收到路由更新信息包的衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"對該信息包處理步驟如下
1) .將路由更新信息包中所有路由信息的泛洪跳數(shù)當(dāng)前值減1;將路由更新信息包中所有路由項(xiàng)的可達(dá)跳數(shù)加1;根據(jù)具體要求修改路由更新信息包中所有路由項(xiàng)的其《也特定參數(shù)；
2) .拆分路由更新信息包，將其中每一個(gè)路由項(xiàng)通過可靠路由,息獲取模塊進(jìn)行處理，具體處理方法如體系結(jié)構(gòu)中描述的一致；通過可靠路由信息獲取模塊k査的路由項(xiàng)才被允許修改本衛(wèi)星"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由表；
3) .對路由更新信息包進(jìn)行再處理，如果泛洪跳數(shù)不為O則向滿足要求的鏈路接口繼續(xù)泛洪該路由更新信息包；如果泛洪跳數(shù)為0則丟棄該路由更新信息包。
通過"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息繼承模塊與"虛擬節(jié)點(diǎn)"角色分配器，我們實(shí)現(xiàn)了實(shí)際衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)到"虛擬節(jié)點(diǎn)"環(huán)境下的正確映射，具體方法流程如下
71) .假設(shè)初始時(shí)刻衛(wèi)星由角色分配器分配了正確的屬性，即被其覆蓋下的地面邏輯區(qū)域 地址正確標(biāo)識(shí)過了一段時(shí)間T, T由衛(wèi)星周期與地面邏輯劃分大小決定，衛(wèi)星的"虛擬節(jié)點(diǎn)" 角色需要進(jìn)行改變；
2) ."虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息繼承模塊首先判斷在該衛(wèi)星進(jìn)行繼承的可行性，由于"虛擬 節(jié)點(diǎn)"路由信息繼承發(fā)生在同一軌道上的相鄰衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)之間，因此當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)造成"虛擬節(jié) 點(diǎn)"路由信息的失效，我們就認(rèn)為此時(shí)該衛(wèi)星不具備繼承的可行性；
3) .如果通過繼承的可行性判斷，"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息繼承模塊將完成在父衛(wèi)星端封 裝虛擬路由表信息，在子衛(wèi)星端解封裝得到虛擬路由表信息，并完成虛擬路由表信息在新的 衛(wèi)星上的裝入操作，同時(shí)子衛(wèi)星端"虛擬節(jié)點(diǎn)"角色分配器將得到父衛(wèi)星端的"虛擬節(jié)點(diǎn)" 屬性值。
4) .如果沒有通過繼承的可行性判斷，"虛擬節(jié)點(diǎn)"路由信息繼承模塊將不會(huì)起作用， 取而代之的是"虛擬節(jié)點(diǎn)"角色分配器將重新進(jìn)行"虛擬節(jié)點(diǎn)"屬性值的分配。
權(quán)利要求
1. 一種基于虛擬節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星網(wǎng)可靠路由方法，其特征在于該方法為衛(wèi)星由被其覆蓋的地面邏輯區(qū)域地址標(biāo)識(shí)，即被賦予特定的角色；通過發(fā)出鏈路探測包了解周邊虛擬節(jié)點(diǎn)的連通情況，生成本虛擬節(jié)點(diǎn)下的路由更新信息包，設(shè)定泛洪跳數(shù)為N后向滿足要求的鏈路接口發(fā)送；接收到該路由更新信息包的衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)，對路由更新信息包里的參數(shù)進(jìn)行修正后，提取出更新信息包各個(gè)路由項(xiàng)信息的可達(dá)跳數(shù)J，通過理想最短路徑長度的計(jì)算方法，得到本衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)到目的地面邏輯區(qū)域的理論最短路徑長度L，比較L+1與J是否相等，只有滿足相等條件才允許該更新路由項(xiàng)對本虛擬節(jié)點(diǎn)路由表項(xiàng)進(jìn)行修改；當(dāng)衛(wèi)星的“虛擬節(jié)點(diǎn)”角色需要改變時(shí)，首先進(jìn)行繼承可行性的判斷，滿足可行性要求的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由的繼承操作，其中理論最短路徑長度的計(jì)算步驟如下步驟1為每個(gè)虛擬環(huán)境下的節(jié)點(diǎn)定義一個(gè)索引結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的索引標(biāo)識(shí)值由虛擬節(jié)點(diǎn)屬性值賦予，索引的內(nèi)容由理論最短路徑長度、虛擬節(jié)點(diǎn)屬性值信息對構(gòu)成；信息對中理論最短路徑長度域表示索引標(biāo)識(shí)值代表的虛擬節(jié)點(diǎn)與信息對中虛擬節(jié)點(diǎn)之間的理論最短矢量距離，步驟2為每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)定義的索引結(jié)構(gòu)被放在實(shí)際衛(wèi)星網(wǎng)每個(gè)衛(wèi)星實(shí)體上，當(dāng)衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)獲得路由更新信息包后，提取出其中包含的路由項(xiàng)條目，對其中可達(dá)域中的值加1，步驟3根據(jù)本衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)屬性值，查找指定的索引結(jié)構(gòu)，再根據(jù)提取出的路由項(xiàng)條目中的目的邏輯區(qū)域地址，查找對應(yīng)的信息對，將對應(yīng)信息對的理論最短路徑長度賦給L，這樣就完成了理論最短路徑長度的計(jì)算。
2. —種基于虛擬節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星網(wǎng)可靠路由方法，其特征在于所述的衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)可通過繼 承操作獲得路由信息，即路由信息在同一軌道上相鄰衛(wèi)星之間傳遞，從而達(dá)到衛(wèi)星依據(jù)該路 由信息快速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的目的，基于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息繼承步驟描述如下步驟21:假設(shè)在極地軌道星座模型下衛(wèi)星運(yùn)行周期為T,在同一軌道上存在N顆衛(wèi)星的 情況下，每隔S分鐘存在一次虛擬節(jié)點(diǎn)角色轉(zhuǎn)換；步驟22:由于地球的自轉(zhuǎn)，同時(shí)又因?yàn)榛谔摂M節(jié)點(diǎn)的路由信息繼承機(jī)制只能在同一軌道相鄰兩顆衛(wèi)星之間進(jìn)行，從而基于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息存在失效問題，假設(shè)該路由信息失效發(fā)生的平均周期時(shí)間為H;步驟23:判斷此衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)是否會(huì)在S時(shí)間內(nèi)發(fā)生路由信息失效現(xiàn)象，即看該衛(wèi)星虛 擬節(jié)點(diǎn)的路由信息有效期是否超過H的生存時(shí)間；如果超過H的生存時(shí)間，則在虛擬節(jié)點(diǎn)路 由信息失效時(shí)重新由虛擬節(jié)點(diǎn)角色分配器分配屬性；步驟24:當(dāng)基于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息有效期不超過H的生存時(shí)I，，則在S時(shí)間后，衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)將啟動(dòng)繼承模塊功能，將該虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息封裝后傳i到同一軌道上下一個(gè)覆蓋該地面邏輯區(qū)域的衛(wèi)星上；步驟25:封裝后的虛擬節(jié)點(diǎn)路由信息包到達(dá)指定衛(wèi)星上后，將同樣由繼承模塊解封裝該包，裝入新環(huán)境中的衛(wèi)星路由表中，并由虛擬節(jié)點(diǎn)角色分配器從中取出屬性值，完成一次基 于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由信息繼承工作。
全文摘要
基于虛擬節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星網(wǎng)可靠路由方法是一種應(yīng)用在類似極地軌道星座模型下的單層路由協(xié)議，主要用于解決衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)獲得路由信息的復(fù)雜性問題，該方法為衛(wèi)星由被其覆蓋的地面邏輯區(qū)域地址標(biāo)識(shí)，即被賦予特定的角色；通過發(fā)出鏈路探測包了解周邊虛擬節(jié)點(diǎn)的連通情況，生成本虛擬節(jié)點(diǎn)下的路由更新信息包，設(shè)定泛洪跳數(shù)為N后向滿足要求的鏈路接口發(fā)送；接收到該路由更新信息包的衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)，對路由更新信息包里的參數(shù)進(jìn)行修正后，提取出更新信息包各個(gè)路由項(xiàng)信息的可達(dá)跳數(shù)J，通過理想最短路徑長度的計(jì)算方法，得到本衛(wèi)星虛擬節(jié)點(diǎn)到目的地面邏輯區(qū)域的理論最短路徑長度L，該路由方法屏蔽了衛(wèi)星網(wǎng)的動(dòng)態(tài)拓?fù)涮匦?，提高了路由的收斂性，降低了?shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)延。
文檔編號(hào)H04W40/02GK101459946SQ200810244029
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者孫力娟, 勇 張, 張登銀, 徐小龍, 王汝傳, 彥 鄭, 元 饒 申請人:南京郵電大學(xué)