[发明专利]一种面向巨型星座的星上自主路由生成及管理方法

说明书

一种面向巨型星座的星上自主路由生成及管理方法，该方法适用于低轨星座系统。低轨巨型星座的特殊性决定了传统的地面网络路由解决方案无法直接有效应用到低轨巨型星座网络，必须针对卫星网络的结构和运动特性研究和设计新的路由解决方案。本发明在充分研究低轨巨型星座网络结构和运动特性基础上，设计了一种面向巨型星座的星上自主路由生成及管理方法，强化了星上自主路由生成及管理能力，既解决了星座网络路由算法对网络拓扑高速变化的适应性问题，又实现了路由协议的简单、高效，对星上计算资源要求低，同时，在网络拓扑连接异常的情况下，其路由策略仍然具有有效性，能够实现有效端到端可靠连接。

技术领域

本发明提出了一种面向巨型星座的星上自主路由生成及管理方法，属于空间信息网络领域。

背景技术

由数百到数千颗低地球轨道(LEO)卫星组成的巨型星座为全球提供无处不在的网络接入，针对低轨巨型星座，它们分别部署在不同高度和倾角上。而传统的地面网络路由算法并不适用于低轨卫星网络中。相比于地面网络，低轨卫星网络的节点是在轨高速运动的卫星，网络拓扑结构处于持续高速变化的状态。地面网络的路由协议，如RIP协议和OSPF是依赖周期性的链路状态信息交换来维护路由的，而在卫星星座网络中，特别是低轨巨型星座网络，网络节点规模庞大，过于频繁的拓扑结构变化会产生大量的链路状态变更信息，极大的降低了协议的性能。因此，传统的地面网络路由协议不能直接应用于星座网络之中，必须针对卫星网络的结构特点研究和设计新的路由解决方案。随着卫星载荷能力的提升，对星上自主处理能力需要越来越高。因此新的路由算法需要从巨型星座卫星星座的拓扑结构特征分析出发，设计具有低复杂度、低开销、低时延和高可靠性的路由生成及管理方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：

以Starlink为代表的低轨超密星座正在全球范围内掀起一场新的发展浪潮，我国也正在谋划建设自己的低轨巨型星座系统，但是低轨巨型星座网络由于其特殊性，导致星座网络路由极为复杂，传统的地面网络路由方案无法有效适应低轨星座网络运行场景，同时，星上自主处理能力增强也是未来发展趋势。为此，需要研究一种面向巨型星座的星上自主路由生成及管理新方法。

本发明的技术解决方案是：充分利用星座网络的运动特性，强化星上自主处理能力，构建一种星上路由表自主先验计算与星上路由表自主实时判决修正结合，收敛高效，弹性可靠的路由解决方案。

其步骤分别如下：

(1)运控中心根据星间链路建链/断链策略生成星间链路组网规划；

(2)运控中心根据星地链路建链/断链策略和相关约束条件生成星地链路组网规划；

(3)星间网络运动具有周期性，运控中心上注一个星座运行周期的星间链路组网规划；

(4)星地网络运动不具有周期性，运控中心上注一段时间内的星地链路组网规划，并定期更新、上注；

(5)卫星载荷接收并存储整个星座网络的星间链路组网规划和星地链路组网规划结果；

(6)卫星载荷根据存储的一个星座网络运行周期的星间链路组网规划和一段时间的星地链路组网规划结果，融合并推演一段时间内的星座网络拓扑变化情况，并按等时间间隔分割成一定数量的时间片，各时间片内网络拓扑通断状态不发生变化；

(7)星上载荷基于各时间片拓扑表生成具有多路径备选的路由表，路由表预先生成、存储，并定时调用；

(8)星上载荷具备局部节点或链路状态实时感知功能，当感知到局部节点或链路发生变化时能够对步骤(7)预先生成的路由表表项里相应链路的可用状态进行修正。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1)强化星上自主处理能力，降低了对地面系统频繁上注依赖；

2)充分发挥了星座网络拓扑变化的可预测性和规律性；