[发明专利]一种基于网络编码的卫星分布式动态多径路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式动态多径路由方法，特别是一种应用于低轨信息网的分布式动态多径路由方法，属于卫星通信领域。

背景技术

作为未来空间信息传输网络的重要组成部分，卫星通信网将与各种地基通信网合为一体，为不同的用户提供无处不在的全球通信服务。其中，低轨卫星网络由于轨道高度低，具有天地时延小、终端实现简单等优势而备受关注。但低轨道卫星网络拓扑动态变化、星间链路传输误码大，导致大量丢包，难以提供高效可靠的信息传输服务。

因此，设计高效稳定可靠的路由协议一直是低轨道卫星网络的研究热点。早期研究，主要针对卫星拓扑变化规律，给出有效的单径路由算法，但这些算法并不能很好解决星间链路丢包(由于误码或切换导致的丢包)带来的传输不可靠问题。

相对于单径路由，多径路由技术在带宽有效使用、拥塞控制、传输可靠等方面都有其独特的优势，是提高动态网络传输可靠性的有效手段。因此，一些学者也开始将多径路由应用于卫星网络，例如，卫星多径路由协议——CEMR(Compact Explicit Multi-path Routing)、动态按需多径路由算法等。但现有方法大都是基于集中式路由方式，需要节点知道全网信息；同时，算法虽然可以降低拥塞带来的丢包，但并不能提高链路误码或链路切换条件下业务的正确投递率。

针对上述问题，近年来，一些学者开始尝试使用网络编码来降低星间链路丢包对网络可靠传输的影响，通过中间节点编码来提升网络吞吐量、均衡负载、提升传输可靠性，并可很好适用于拓扑动态的卫星网络。但现有方法大都是通过流间网络编码来提升网络吞吐量，且协议复杂度高，实用性往往不足。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有路由方法的不足，提出了一种基于网络编码的卫星分布式动态多径路由方法，该方法具有协议复杂度低，且不需要节点知道全网信息即可执行等优点，尤其适合于动态拓扑且星上处理能力有限的低轨信息网络系统。

本发明的技术解决方案是：一种基于网络编码的卫星分布式动态多径路由方法，每个节点i接收到数据包之后，执行如下步骤：

(1)、判断接收到的数据包中的目的节点d是否为本节点i第一次收到的发往该目的节点d的包，如果是，则转入步骤(2)，如果不是，则转入步骤(3)；

(2)、生成面向该目的节点d的下游转发节点信息表，进入步骤(3)；所述下游转发节点信息表包括以该目的节点d作为目的节点，节点i发往邻居节点j'的最大发送队列长度Q_max(j')、平均发送队列长度Q_avg(j')、节点i经由邻居节点j'到达目的节点d的最短路径传输时延D_min(j',d)和从节点i到下游转发节点列表中每个邻居节点j'的转发概率P_j'，所述j'∈CT，CT为节点i的邻居节点中满足条件：D_min(j',d)<D的邻居节点号的集合，所述D为预设的最大时延门限，且下游转发节点信息表按照D_min(j',d)由小到大的顺序排列，且转发节点信息表自建立之后，按照固定的周期Δt，实时调整下游转发节点信息表中集合CT中包含的节点、下游转发节点表中的排列顺序和从节点i到下游转发节点列表中每个邻居节点j'的转发概率P_j'；

(3)、提取数据包中的源节点标识、目的节点标识，并与本节点的标识进行比较，如果本节点标识＝数据包中的源节点标识，则进入步骤(4)；如果本节点标识＝数据包中的目的节点标识，则进入步骤(10)；否则，进入步骤(5)；

(4)、将收到的数据包拆分为一组大小相等的M个子数据包X_m，m＝1，2，...，M，所述M为整数，M≥1，当数据包不能被M整除时，将最后一个子数据包进行补零以凑足长度，令N＝M，进入步骤(6)；

(5)、接收编码子数据包并且缓存，当接收到至少N'个相同组标识的编码子数据帧时，舍弃每个编码子数据包帧头，得到其中的N'个子数据包：X_n，n＝1，2，...，N'，所述M/3≤N'≤M，令N＝N'进入步骤(6)；

(6)、采用随机线性网络编码方式将一组N个子数据包X_n，n＝1,2,...,N进行编码，生成N个同等大小的编码子数据包Y_n，n＝1,2,...N；

(7)、将组标识和编码系数作为帧头，添加到编码子数据包的前面，形成编码子数据帧Y_n'n＝1,2,...,N并存储；