[发明专利]卫星全光网络波长路由方法

说明书

本申请为申请号2017100541843、申请日2017年01月24日、发明名称“基于多业务的卫星全光网络波长路由方法”的分案申请。

技术领域

本发明属于卫星光通信领域，具体说是一种卫星全光网络波长路由方法。

背景技术

随着气象、遥感和军事领域应用需求的不断扩大，对卫星通信技术提出了新的要求。除了传输传统的遥测、遥控数据之外，还需要双向传输视频、音频、科学实验等多种不同类型的数据，传输数据量大，从几bit/s到几百兆bit/s不等。传统的微波式卫星很难满足技术发展的要求，激光链路式卫星具有通信容量大、功耗低、保密性和抗毁性强以及技术更新快、成本低等优势，能够很好的满足卫星通信的发展需求，成为当今研究的热点。

在卫星光网络中，研究的难点是波长路由问题，即波长和路由的分配RWA问题，动态的RWA问题已经被证明是NP-hard问题。如何利用双层卫星体系结构的优势以及根据全光网络带宽大、功耗低和抗毁性强等优点，建立双层卫星结构下的卫星全光网络波长路由方法是急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明结合MEO/LEO卫星星座特点，提出一种卫星全光网络波长路由方法。该方法选路时的链路权重综合考虑时延、可用波长数因素，同时引入波长冲突度机制，从而使卫星网络节点负载均衡，减小节点压力，同时减小网络节点的阻塞率，提高了波长利用率，满足不同业务的通信需求。

为决解卫星光网络波长路由问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种卫星全光网络波长路由方法，具体包括：

S1：收集LEO/MEO卫星参数:轨道高度h、俯仰角θ、卫星星历参数，通过计算LEO、MEO卫星星下点之间距离的方法，以及“星下点距离最短”原则，建立LEO和MEO之间的网络拓扑结构，确定LEO卫星与唯一的MEO卫星建立链路，将LEO卫星划分区域；

S2：根据业务类型划分等级，确定业务优先级集F＝{f₁,f₂,···,f_m}；

S3：统计卫星的波长数，以业务优先级F＝{f₁,f₂,···,f_m}将波长分簇，形成波长分簇集合C＝{c₁,c₂,···,c_k}，并使m＝k；使最高优先级业务拥有最大的波长簇，即可用波长数最多；簇与簇之间可用波长有交集，提高波长利用率；

S4：以可用波长数和时延初始化链路权重C₀(u,v)，其中u,v为卫星节点；

S5：确定K条关键路径，链路权重使用初始权重C₀(u,v)；

S6：基于波长冲突度的K条关键路径链路权重调整，当确定关键路径后，需要重新设置网络中关键链路权重，将关键链路权重分为两部分，初始权重和波长冲突度；

S7：从调整权重后的K条关键路径中选择链路权重和最小的路径建立路由，并以业务优先级为依据在对应的波长簇中分配波长；

S8：更新网络拓扑结构，重新计算链路权重。

进一步地，步骤S1中建立卫星网络拓扑时，以“星下点距离最短”为原则，唯一确定LEO向MEO接入的卫星，保证LEO卫星与唯一的一个MEO卫星相连接，且两者之间的空间距离最短，减小传输时延。

进一步地，步骤S2中根据业务类型划分等级具体为：

①根据业务对时延敏感程度划分，对时延要求高的业务有较高优先级，对时延要求较低的业务有较低的优先级；②根据服务质量约定划分，按照用户级别不同，拥有不同的服务质量，划分业务不同的优先级；③根据业务重要程度划分，相对重要的业务具有较高的优先级，而一般业务具有较低的优先级。

进一步地，步骤S3中波长分簇时，波长分簇集合中可用波长数以业务优先级为对应依次减少，各波长簇中波长可以有交集，提高波长利用率。

进一步地，步骤S4中链路初始权重计算公式为：

其中，λ(u,v)为链路(u,v)的剩余波长数，λ_max为当前网络链路中链路剩余波长数的最大值，网络中剩余波长数最大的链路的权重为1，而链路剩余波长数越小，对应权重越大。D(u,v)为链路(u,v)的传输时延，D_min为所有链路的最小时延，α₁和β为链路权重调节因子。

更进一步地，步骤S5使用Dijkstra最短路径方法，求解K条最短路径，取K＝3-4。