[发明专利]基于LEO卫星网络的低复杂度负载均衡路由算法

说明书

技术领域

本发明属于卫星网络路由技术领域，尤其是一种基于LEO卫星网络的低复杂度负载均衡路由算法。

背景技术

近年来，随着卫星网络的迅速发展，通信卫星被广泛应用于各个领域，例如军事、导航、定位、天气预报、电视直播等等。根据不同的轨道高度可以将卫星网络系统分为三种，即低轨道(LEO)、中轨道(MEO)和高轨道(GEO)卫星网络系统。其中LEO因其运行高度相对较低、与地面通信延迟较小、链路损耗小、发射功率小的优点常常被用作卫星网络的首选。但由于LEO覆盖范围小，需将分散的各颗卫星网络化为星座的形式以满足通信全球化的要求，Iridium、Globalstar、Teledesic等卫星网络都是基于此建立的。

卫星网络的建立是通过ISL星间链路把众多卫星连接在一起，由此可以建立以卫星为节点、星间链路为链路的卫星网络模型。决定网络性能的关键在于路由算法。基于卫星星座的周期性拓扑变化，大量基于有限状态机以及虚拟拓扑(即对卫星网络在各个时隙下的拓扑快照进行保存预先计算路由)的静态路由算法被大量研究，但静态路由算法容错能力较差(即没有考虑当卫星节点或者星间链路失效的情况)、每颗星需存储大量路由表信息、不能动态的避免网络拥塞的发生。另外近年来卫星星载计算能力逐渐加强，卫星的分布式动态路由算法逐渐发展起来，基于虚拟节点的路由算法应运而生。即将一块覆盖地面区域上空的区域内经过的卫星看作一个虚拟节点，随着卫星的运动，当卫星运行出该区域后将数据交给接替的卫星，相对地面而言卫星虽是运动的但是虚拟节点却是相对静止的。

基于虚拟节点概念的提出，负载均衡算法逐渐成为主流，由于地面发送出的实际流量分布并非是均匀分布的，另外大陆海洋等地理环境的差异，一些人口密集区域流量相对密集，对于它所属的卫星来说负载相对过重，同样在海洋等区域上空的卫星就可能长期处于空闲状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、网络性能指数优且能够明显降低时间复杂度的基于LEO卫星网络的低复杂度负载均衡路由算法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于LEO卫星网络的低复杂度负载均衡路由算法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、构造一个类铱星星座的网格状低轨卫星通信系统；

步骤2、根据沿经纬线方向的星间链路设计，利用卫星星座的网状拓扑结构，每颗卫星分布式计算自己的下一跳卫星节点；

步骤3、计算排队时延并通过卫星节点通知机制确定路由。

而且，所述步骤1构造一个类铱星星座的网格状低轨卫星通信系统的方法为：将轨道高度设定为780km，轨道倾角为86.4°，每颗卫星上有四条星间链路并与相邻四颗卫星相连接，相邻四颗卫星包含两条同轨星间链路和两条轨间星间链路。

而且，在网格状低轨卫星通信系统构建过程中，为每颗卫星预先编号，并且除了每个轨道面内的第n颗卫星朝着第1颗卫星运动，其余卫星朝着编号递增的方向运行。

而且，所述步骤2每颗卫星分布式计算自己的下一跳卫星节点的方法为：使用<k,r>来代替N_k*n+r表示卫星节点的逻辑编号，使用<k_c,r_c>表示当前卫星节点的逻辑编号，使用<k_d,r_d>表示目的卫星节点的逻辑编号，卫星节点<k,r>的相邻节点有<k,(r+1)modn>,<k,(r-1)modn>,<k+1,r>,<k-1,r>，最后，根据当前节点和目的节点位置的关系确定下一跳卫星节点。

而且，所述当前节点和目的节点位置的关系包括以下情况：

(1)如果k_c＝k_d且r_c＝r_d，则当前节点即为目的节点；