[发明专利]低/中轨道双层卫星光网络自适应路由系统及代理路由计算方法

权利要求书

1.一种低/中轨道双层卫星光网络自适应路由系统，其特征在于该系统由一个空间段路由连接一个星地接入段组成，所述系统空间段路由包括中轨道卫星管理层(M)，其中轨道卫星管理层(M)至少由4颗管理员卫星M_i和管理员卫星M_n组成，管理员卫星M_i和管理员卫星M_n直接管理低轨道卫星路由层(L)，M_i管理的低轨道卫星路由层(L)是由一颗主代理卫星(vⁱ_p)、4颗次级代理卫星(L^A_i，j)和至少8颗普通卫星(L^B_i，j)连接组成；M_n管理的低轨道卫星路由层(L)由一颗主代理卫星(vⁿ_p)、4颗次级代理卫星(L^A_n，j)和至少8颗普通卫星(L^B_n，j)连接组成，中轨道卫星管理层包括：管理员卫星M_i和管理员卫星M_n的代理模块(1.1)的信号发送给划分管理域模块(1.2)，划分管理域模块(1.2)的信号发送给第一生成模块(1.3)，生成模块(1.3)的信号发送给发送模块(1.4)，发送模块(1.4)的信号发送给第二生成模块(1.5)，第二生成模块(1.5)的信号发送给共享模块(1.6)，共享模块(1.6)的信号发送给全局时延报告模块(1.7)，全局时延报告模块(1.7)的信号发送给路由计算部分的服务卫星选择模块(2.1)，卫星选择模块(2.1)的信号发送给生存时刻判断模块(2.2)，生存时刻判断模块(2.2)持是的信号发送给直接中继判断模块(2.3)，如果生存时刻判断模块(2.2)持否定，则生存时刻判断模块(2.2)的信号发送给管理员卫星和管理员卫星的代理模块(1.1)；中继判断模块(2.3)持是的信号发送给中继转发模块(2.4)，中继判断模块(2.3)持否定，则中继判断模块(2.3)的信号发送给低轨卫星层路由模块(2.5)，中继转发模块(2.4)的信号返回给卫星选择模块(2.1)；低轨卫星层路由模块(2.5)的信号发送给跳转门限判定模块(2.6)，跳转门限判定模块(2.6)持是的信号发送给发送数据模块(2.9)，跳转门限判定模块(2.6)持否定，则跳转门限判定模块(2.6)的信号发送给 层间路由计算模块(2.7)，层间路由计算模块(2.7)的信号发送给中轨卫星层路由模块(2.8)，中轨卫星层路由模块(2.8)的信号发送给发送数据模块(2.9)，发送数据模块(2.9)的信号再返回发送给卫星选择模块(2.1)的前端，中继转发模块(2.4)的信号发送给卫星选择模块(2.1)的后端；

低/中轨道双层卫星光网络自适应路由系统及代理路由系统具体操作，按下述步骤进行：

1)拓扑参数的确定：

网络中的节点对集合可表示为：V＝{(v_i，v_j)∈V×V}，连接节点对(v_i，v_j)的链路记为l_i→j：v_i→v_j，链路参数随时间周期性变化，因此链路代价是一个时变周期函数，记为f_ij(t)，路径p_sd由一系列不会构成自环的弧构成，记为p_sd：{v_s→v_s+1→…→v_d|d＝s+h}；

式中：h为路径上弧的数目或称跳数，v_s和v_d分别为源节点和目的节点，s和d分别为源节点逻辑地址和目的节点逻辑地址，源节点逻辑地址为s，则路径上每增加一跳，相应的节点逻辑地址加一；

2)、确定低轨道卫星对中轨道卫星接入生存时间报告

在系统运行周期内，中轨道卫星与低轨道卫星的接入时间是一个周期分段阶跃函数，把系统周期T分为p个时隙，T_i＝{t_i-1＜t≤t_i|i＝1，...，p}，也即在t_i-1时刻接入，t_i时刻断开，则在任意时隙T_i内两个节点间接入生存时间定义为：

式中：v_a→v_b表示节点对(v_a，v_b)间的链接，l_a→b表示该链接的链路；

3)、确定主代理节点和链路

主代理链路 定义为在管理域内与管理员具有最长生存时间的星际链路，对应的低轨卫星节点称之为主代理 

式中M_i代表中轨卫星节点， 表示M_i管理的低轨卫星代理节点，其中j＝0，1，2，3：

4)、星间链路时延报告收集

卫星节点v_a和v_b间的链路记为l_a→b，其距离记为R(l_a→b)，定义该链路时延函数为

式中：c为光速；

5)、低轨道卫星时延报告生成

卫星节点v_a时延报告DR(v_a)定义为二维的集合 其元素分别代表与节点v_a具有星间激光链路的节点v_b和他们之间的时延；低轨道卫星时延报告由主代理、次级代理和普通成员与低轨道卫星间时延组成：

式中：L_i，j代表任意的低轨道卫星节点， 代表主代理卫星节点， 代表次级代理卫星节点， 代表普通成员卫星节点，M_i代表管理L_i，j的中轨卫星节点；

6)、中轨道卫星时延报告生成

由于中轨卫星只和其同层两个卫星具有永久性星间激光链路，覆盖低层五个代理低轨卫星，因此其时延报告：

式中：M_i为其中一颗中轨卫星，M_k和M_r为另外两颗和M_i具有永久连接的中轨卫星， 表示中轨卫星M_i管理的低轨卫星主代理， 代表中轨卫星M_i管理的次级代理卫星节点； 

7)确定波长使用率业务负载

设激光星间链路波分复用的波长数均为W，定义参数 将链路l_i→j的波长使用表示为 波长利用率表示该链路负载，定义路径p_sd：{v₀→v₁→…→v_h|v₀＝v_s，v_h＝v_d}上波长利用率函数：

8)确定路由代价函数

任意一条路径p_sd：{v₀→v₁→…→v_h|v₀＝v_s，v_h＝v_d}，路由代价由时延和波长使用二部分组成，时延包括上行链路、下行链路的传输时延和队列时延；波长使用代表业务负载；选路标准是时延和链路负载的综合，用修正Dijkstra最短路径算法计算服务的源宿节点对(v_s，v_d)间路由代价函数f(p_sd)最小的路径p_sd：

式中：ρ₀，ρ₁分别为时延和波长利用率加权因子，且ρ₀+ρ₁＝1，D_q是队列时延，h为路径p_sd的跳数，T_max为路径p_sd上链路的最大时延，m是波长利用率指数因子， 是卫星节点对i和i+1之间的波长利用率。