[发明专利]基于区域划分的卫星网络多业务QoS选路方法

说明书

本发明公开了一种基于区域划分的卫星网络多业务QoS选路方法，主要解决现有技术因业务通过信关站就近下地产生的漏斗形流量造成部分星地、星间链路拥塞和计算复杂度过高的问题。其实现方案是：将LEO卫星网络划分为轻负载区域和重负载区域；控制中心离线计算轻负载区域卫星节点路由路径并上注静态路由表；重负载区域卫星采用基于链路状态的路由算法分业务类型按需求计算动态路由路径表；源卫星节点根据其路由路径表构造数据分组；数据分组通过源路由转发方式由卫星网络分区域转发至地面信关站。本发明有效的降低了星上计算复杂度，改善了漏斗形流量造成的拥塞问题，为不同类型业务提供了良好的QoS保障，可用于实现卫星网络流量负载均衡。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，特别涉及一种卫星网络选路方法，可用于实现卫星网络流量负载均衡，提高卫星网络对不同业务的QoS保障能力。

背景技术

卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、通信稳定性好，便于实现全球覆盖等优点，被认为是未来6G通信时代最受瞩目的热点技术之一，其拥有广阔的应用前景。1998年，第一个真正意义上具备星上交换和星上处理能力的卫星网络Iridium铱星通信系统投入运行之后，全世界科学家对卫星网络的研究逐渐进入高潮。

卫星网络，是指通过星间链路和星地链路将多颗卫星、地面信关站相连接进行组网，并实现各种通信服务的网络，具有覆盖范围广、实现无缝覆盖等优点，是地面通信系统的延伸和扩展。通过卫星网络承载的业务需要通过信关站落地，连接到地面网络。卫星网络需要解决星间路由与交换，以及移动性管理等问题。

随着卫星通信技术的快速发展，低地球轨道LEO卫星网络具有的研制周期短、发射难度小、制造成本低、技术更新快等优点使其成为未来面向服务的应用型通信卫星的发展方向。LEO卫星网络中用户对通信的实时性、传输时延、丢包情况以及带宽资源的服务要求较高，其通过同一轨道内或不同轨道间的一系列星间链路构成了一个拓扑结构动态变化的多跳自组织网络。但相比于地面移动自组织网络中节点的随机运动，LEO卫星节点的运动具有显著的周期性规律，因而其网络拓扑结构具有一定的可预测性，利用这一特点，可以极大地提高卫星网络的运行效率和资源利用率。

由于我国不能在全球各地布设信关站，所以卫星网络业务需要通过我国境内的信关站落地。但是由于全球用户流量分布不均匀，且信关站的分布范围有限，使得星上数据向地面信关站的头顶星汇聚再通过头顶星就近下地的流量整体呈漏斗形流量模型，这种流量模型使得相关星地链路和星间链路的负担加重，增大了网络发生大规模拥塞出现的危险，难以保证卫星业务的服务质量QoS。因此，卫星网络的QoS选路问题值得深入研究。

根据卫星网络的业务需求和特点，卫星网络保证业务QoS选路方法应该解决以下问题：

1)适应卫星网络高速动态拓扑。

卫星网络选路方法应首先具备适应卫星网络拓扑频繁切换的能力，尽可能快速得到可选路径，避免选路过程中因为网络拓扑变化，带来链路状态更新不及时或路径选择难以收敛等不良影响。

2)解决负载不均衡问题。

由于地面流量分布不均匀和信关站分布范围有限，大量下地流量会分布到少数的星间链路和星地链路，导致漏斗形流量问题加重，容易造成网络拥塞，难以保证服务质量。

3)考虑不同业务的对网络的不同需求。

地面网络的发展推动了卫星通信多媒体业务的发展，用户对网络中各种业务的服务也提出了更高的要求。针对LEO卫星网络其传输业务类型多、数据量大、需求多样化的特点，为不同业务提供有效的路由策略是十分重要的，因此所设计选路方法应该考虑多业务需求。

4)减少星上计算的复杂度。

由空间环境、功耗等因素的影响，LEO卫星不能像地面设备那样具有强大的处理能力，因此所设计选路方法应该在星上具备简单宜于实施的特点，这样才能更好地应用于卫星网络环境中。