[发明专利]一种面向低轨卫星星座的服务质量保障路由选择方法

说明书

本发明属于卫星互联网技术领域，公开了一种面向低轨卫星星座的服务质量保障路由选择方法，现有技术未考虑基于最短路径的路由选择方法中存在的链路拥塞所导致的端到端平均时延、链路开销性能下降的问题，包括：通过对业务进行优先级分类，区分不同类型业务的服务质量需求。根据不同优先级构建优先级服务队列，保障逐条路由的服务质量需求。针对低轨卫星具有能够与相邻四个卫星节点同时通信的特点，通过设计面向服务质量保障的路由选择算法，实现业务的多路并传以保证业务流的端到端时延和带宽需求。仿真结果显示，本发明得到的路由时延和开销性能均优于现有的基于最短路的路由选择算法，可用于航天卫星星座业务传输的路由选择。

技术领域

本发明属于卫星互联网技术领域，尤其涉及一种面向低轨卫星星座的服务质量保障路由选择方法。

背景技术

目前，卫星互联网是我国近年来重点研发的天基信息传输系统，是空天地海一体化的重要组成部分。太空中的卫星通过建立星间链路实现全球无缝覆盖，进行信息传输，在国防领域和远距离通信中发挥了重要的作用，与工业互联网、5G、物联网共同属于新型基础设施。随着低轨卫星星座规模的增长，链路中的业务类型急剧增加，路由协议根据单一时延指标进行无差别服务时并未考虑各类型业务对网络服务质量的需求差异，不仅无法合理利用卫星互联网资源，还会造成网络拥塞，影响网络整体性能。因此研究面向服务质量保障的高效路由协议具有重要的意义。

由于卫星互联网承载着多类异构优先级业务，这些业务所对应的服务质量需求各不相同，传统基于最短路径的路由选择方案无法解决同时满足各类业务传输过程所需服务质量需求的问题。为了能够充分发挥卫星互联网的承载能力、提高网络资源的利用率并提升业务的传输效率，需要克服如下两方面挑战：其一，根据业务服务质量需求，实现对业务传输优先级的划分，明确不同业务的服务优先顺序；其二，根据卫星互联网的承载能力，定制面向服务质量保障的低轨卫星星座路由选择方法，从而为差异化的业务服务质量需求提供保障。

EKici等人在文章“A multicast routing algorithm for LEO satellite IPnetworks.IEEE/ACM Trans.Netw.10(2),183–192(2002)”中采用MRA路由算法决定下一跳路由节点，减少了传输时延，集中式路由算法中卫星需要掌握全局拓扑信息，耗费大量资源更新和存储路由表，当星座规模较大，链路发生切换时路由开销急剧增加。LIU等人在文章“Load-balancing routing algorithmbased on segment routing for traffic returnin LEO satellite networks[J].IEEE Access,2019,7：112044-112053.”中提出了分布式的分段路由算法，将卫星区域进一步划分为轻负载区域和重负载区域，并在两种区域内分别执行预平衡最短路径算法和最小权重路径算法，在提升吞吐量的同时增加了节点的存储开销，算法较复杂。因此，冯玺宝在文章“多层卫星网络服务质量路由协议研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2016.”中提出最小跳数路由算法解决拥塞问题，根据地理位置信息筛选出两条备选路径，结合负载选择最佳路径进行传输，减少路由开销，但只有指定节点具有路径筛选功能，需要频繁更新路由信息。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术未考虑基于最短路径的路由选择方法中存在的链路拥塞所导致的端到端平均时延、链路开销性能下降。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种面向低轨卫星星座的服务质量保障路由选择方法。

本发明是这样实现的，一种面向低轨卫星星座的服务质量保障路由选择方法，其特征在于，所述面向低轨卫星星座的服务质量保障路由选择方法通过对业务进行优先级分类，区分不同类型业务的服务质量需求；根据不同优先级构建优先级服务队列，保障逐条路由的服务质量需求；针对低轨卫星具有能够与相邻四个卫星节点同时通信的特点，通过设计面向服务质量保障的路由选择算法，实现业务的多路并传以保证业务流的端到端时延和带宽需求。