[发明专利]软件定义卫星网络中基于链路时效的路由方法及系统

说明书

本发明提出了一种软件定义卫星网络中基于链路时效的路由方法及系统。路由方法包括如下几个部分：(1)通过卫星网络控制器对卫星相对位置的测量和计算，计算得到星间链路有效时间。(2)结合星间链路有效时间和链路时延，可用带宽等QoS属性计算出链路的综合代价。(3)通过SDN北向接口向用户提供不同QoS的服务，并根据用户对不同QoS的需求由控制器提供定制化的路由服务。(4)根据星间链路有效时间对即将失效的传输路径进行灰度切换和重路由。通过本发明，可以有效减少LEO卫星网络因频繁链路切换和失效造成的传输抖动和丢包，提高LEO卫星网络传输可靠性。

技术领域

本发明涉及一种软件定义卫星网络中基于链路时效的路由方法及系统。

背景技术

卫星网络路由技术是实现卫星网络高效可靠传输的基本保证，传统的卫星网络路由技术主要基于ATM网络架构，按照对卫星网络拓扑的抽象方式分可以分为基于虚拟拓扑的路由和基于虚拟节点的路由两种。基于虚拟拓扑的方式将整个卫星运行周期分为多个时间片，每个时间片内的卫星拓扑可以看做静态拓扑，所对应的路由协议在时间片开始是重新更新拓扑并计算路由。基于虚拟节点的方式将整个地球按照位置不同划分为不同的逻辑区域，每个区域对应一个虚拟节点，传输任务只需根据虚拟节点来选取不同的路径。今年来有研究将软件定义网络的思想引入卫星网络路由，典型的包括Bao等人提出的OpenSAN架构，采用了地面控制中心作为管理面，负责路由计算，资源调控等功能；Li等人提出了基于分层思想的SERvICE架构，分别在GEO卫星组和地面网络部署了控制器，并提出了支持细粒度级别的QoS的路由算法QSR。综合来看，上述路由技术均未将卫星时效性作为路由选择的考量因素，缺少对于频繁网络变化的支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软件定义卫星网络中基于链路时效的路由方法及系统。

为解决上述问题，本发明提供一种软件定义卫星网络中基于链路时效的路由方法，包括：

步骤一：建立类似铱星的卫星星座，根据软件定义网络的原理，将卫星网络按物理分布不同划分为多个不同的控制域，每个控制域选择计算能力最强的卫星作为控制器节点，其余卫星作为转发节点，以得到数学建模；基于所述数学建模，控制器记录在一个运动周期内，控制域内卫星位置坐标随时间的关系，及记录控制域内卫星运动矢量速度随时间的关系；控制器根据所述数学建模及卫星位置与运动速度随时间变化的关系，控制器周期性地计算控制域内各个相邻卫星的位置关系，通过对各个相邻卫星的相对运动角速度、距离的属性进行建模与计算，得出控制域内相邻节点之间的每条卫星星间链路有效时间T；

步骤二：控制器周期性通过SDN南向接口协议对网络中的节点以及链路QoS属性进行查询，包括链路时延、带宽利用率、丢包率和节点队列占用率等，根据链路QoS属性以及卫星星间链路有效时间T，计算出星间链路e的对于多种不同链路QoS需求的综合传输代价Cost_e；

步骤三：各个控制域之间通过SDN东西向接口进行信息交互同步，以获取全局拓扑信息；

步骤四：流传输请求到达时，卫星转发节点通过packet_in消息向控制器发起路由请求，控制器根据特定流请求对于带宽、时延、丢包和有效时间的QoS需求以及最短路算法，计算出源节点到目的节点的最短路径，并通过SDN南向接口向转发节点下发流表；

步骤五：对于该流在本控制域内路径内的星间链路，控制器根据有效时间对其设置定时器并进行跟踪，并设定有效时间容忍值η，当发现链路有效时间接近η时，对流量进行灰度切换和重路由

进一步的，在上述方法中，步骤一，包括：

对于给定卫星A和卫星B，通过对其运动规律的建模，可以得到任意时刻A，B间相对运动矢量以及卫星间位置关系，卫星星间链路有效时间T的计算方法为：

T＝min(T₁，T₂，T₃)，

其中：