一種分軌分域的雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，特別地涉及一種分軌分域的雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及管理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，人們對帶寬和通信質(zhì)量的要求越來越高，地面上單一的光纖網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足人類的需求了。無論是政府還是個人對建立一個可靠、快速的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的愿望越來越強(qiáng)烈。
[0003]衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建大致經(jīng)歷了這幾個時期，單層GEO (Geostat1nary EarthOrbit，地球同步軌道)衛(wèi)星組網(wǎng)、單層LE0(Low Earth Orbit，低地軌道)衛(wèi)星或者單層MEO (Medium Earth Orbit，中地球軌道)衛(wèi)星組網(wǎng)和多層衛(wèi)星組網(wǎng)。單層GEO組網(wǎng)技術(shù)簡單，但是對地面通信終端要求太高而且延遲太大。單層LEO衛(wèi)星或者單層MEO衛(wèi)星組網(wǎng)由于不能直接將地面上傳統(tǒng)的分布式路由算法移植上去，所以采取了預(yù)存儲的靜態(tài)的路由的方式。但是這種方式對擁塞、故障等實(shí)時情況的自適應(yīng)性很差。因此，人們越來越多的將注意力投向了多層衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)。而且隨著SDN思想的興起，集中管控模式越來越受到人們的青睞。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，2002年Ian F.Akyildiz, Eylem Ekici等人在IEEE/ACM Transact1n On Networking (IEEE/ACM 網(wǎng)絡(luò)學(xué)報，TON)發(fā)表了題為 “MLSR: A NovelRouting Algorithm for Multilayered Satellite IP Networks” (多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由:一種新型的多層衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)路由算法)。該文章，作者提出了一個立體多層衛(wèi)星通信網(wǎng)架構(gòu)，它由GEO衛(wèi)星、MEO衛(wèi)星和LEO星座構(gòu)成。在周期更新或者觸發(fā)更新到來時，MEO收集來自其管理的LEO鏈路狀態(tài)信息并與自己周圍的MEO交換，然后MEO將其管理的LEO群被抽象成一個邏輯結(jié)點(diǎn)，然后將自己的鏈路狀態(tài)信息以及邏輯結(jié)點(diǎn)信息一起發(fā)送給自己的管理GEO衛(wèi)星，GEO衛(wèi)星作為路由協(xié)議的決策中樞，負(fù)責(zé)為其管理下的MEO衛(wèi)星和LEO群形成的邏輯結(jié)點(diǎn)計算路由，MEO收到來自GEO的路由信息之后再根據(jù)自己的覆蓋區(qū)域內(nèi)的LEO的信息為自己區(qū)域內(nèi)的LEO計算路由表，而LEO衛(wèi)星主要實(shí)現(xiàn)對地面移動終端的接入以及進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。
[0005]又經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，2005年 Chao Chen, Eylem Ekici 等人在 Wireless Networks (無線網(wǎng)絡(luò))上發(fā)表了題為“A Routing Protocol for Hierarchical LE0/ME0 Satell ite IPNetworks"( 一種LE0/ME0分層衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的路由算法)。在該文章中，作者提出了一個由MEO和LEO組成的雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，根據(jù)LEO和MEO之間的從屬關(guān)系，將系統(tǒng)周期劃分成一個個小時間片，在每個時間片內(nèi)，根據(jù)MEO衛(wèi)星覆蓋范圍將LEO劃分成不同的群，在時間片開始的時刻，LEO衛(wèi)星收集自身的鏈路狀態(tài)信息，然后發(fā)送給自己的管理ΜΕ0，ΜΕ0衛(wèi)星收集自己管理域內(nèi)的LEO衛(wèi)星的狀態(tài)信息，處理之后在MEO之間交換這些信息，等到所有的MEO都有了全網(wǎng)鏈路狀態(tài)信息之后，每個MEO為自己域內(nèi)的LEO衛(wèi)星計算路由并下發(fā)下去。LEO衛(wèi)星負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，而MEO衛(wèi)星則主要負(fù)責(zé)進(jìn)行管理。
[0006]以上兩者的工作都是依據(jù)高層衛(wèi)星對低層衛(wèi)星覆蓋關(guān)系進(jìn)行分組管理，實(shí)現(xiàn)分層網(wǎng)絡(luò)鏈路的狀態(tài)信息的收集，并在組成員關(guān)系改變時或周期性地由高層衛(wèi)星為低層衛(wèi)星計算路由表。但是這種管理方式給高層衛(wèi)星星座的復(fù)雜度和成本帶來了很高的設(shè)計要求。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)對低層衛(wèi)星的完全覆蓋，必須要有足夠數(shù)量的高層衛(wèi)星，這就增加了整個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計成本，而且也使得管理層衛(wèi)星星座非常復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)及其不足，提出了一種分軌分域的雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理模式。為達(dá)到以上的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0009]首先進(jìn)行分軌管理，即在每個軌道上面挑選一個簇頭，由簇頭負(fù)責(zé)對整個軌道內(nèi)衛(wèi)星進(jìn)行管理，然后一個或者多個軌道構(gòu)成一個域，由一個管理衛(wèi)星進(jìn)行管理。這樣大大減少了管理衛(wèi)星的數(shù)目，降低了管理衛(wèi)星星座的復(fù)雜度，從而降低整個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的成本。
[0010]本發(fā)明提供一種分軌分域的雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，包括:
[0011]簇頭，用于分軌管理，管理與簇頭處于同一軌道上的低層衛(wèi)星組成的簇；
[0012]管理衛(wèi)星，用于分域管理，管理一個或多個軌道組成的域；
[0013]在每個時間片開始時，低層衛(wèi)星收集自身的鏈路狀態(tài)信息，發(fā)送給與時間片對應(yīng)的簇頭；簇頭匯聚鏈路狀態(tài)信息，發(fā)送給簇頭的管理衛(wèi)星，管理衛(wèi)星根據(jù)全網(wǎng)鏈路狀態(tài)信息為管理的域內(nèi)的低層衛(wèi)星計算路由表，并下發(fā)路由表。
[0014]進(jìn)一步地，管理衛(wèi)星至少為兩個。
[0015]進(jìn)一步地，管理衛(wèi)星之間相互交換鏈路狀態(tài)信息，得到全網(wǎng)鏈路狀態(tài)信息。
[0016]進(jìn)一步地，管理衛(wèi)星處于同一軌道。
[0017]由于管理衛(wèi)星的數(shù)目通常非常少，一般少于軌道數(shù)目，并且每個軌道上的簇頭的選擇具有靈活性，所以可以將管理衛(wèi)星設(shè)置于同一個軌道，這樣管理衛(wèi)星之間的連接關(guān)系固定，便于管理衛(wèi)星之間相互交換鏈路狀態(tài)信息，獲得全網(wǎng)鏈路狀態(tài)信息。
[0018]進(jìn)一步地，與時間片對應(yīng)的簇頭是同一軌道上的所有低層衛(wèi)星中距離管理衛(wèi)星軌道最近的低層衛(wèi)星。
[0019]進(jìn)一步地，時間片以及與時間片對應(yīng)的簇頭通過仿真計算獲得，并預(yù)存在低層衛(wèi)星上。
[0020]在規(guī)劃衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)時，可以通過計算衛(wèi)星星座周期和地球自轉(zhuǎn)周期最小公倍數(shù)得到整個系統(tǒng)周期，并依據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r長將整個系統(tǒng)周期劃分為一個個的時間片，并選擇每個時間片內(nèi)每個軌道上的簇頭，選擇的依據(jù)是通過仿真工具計算，使得簇頭離管理衛(wèi)星軌道最近，并將時間片以及與時間片對應(yīng)的簇頭信息以數(shù)據(jù)庫的形式預(yù)先存儲在低層衛(wèi)星上。
[0021]本發(fā)明還提供一種分軌分域的雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理方法，包括以下步驟:
[0022](a)在每個時間片開始時，低層衛(wèi)星收集自身的鏈路狀態(tài)信息，并發(fā)送給與時間片對應(yīng)的簇頭，簇頭用于分軌管理，管理與簇頭處于同一軌道上的低層衛(wèi)星組成的簇；
[0023](b)簇頭匯聚鏈路狀態(tài)信息，發(fā)送給簇頭的管理衛(wèi)星，管理衛(wèi)星，用于分域管理，管理一個或多個軌道組成的域；
[0024](c)管理衛(wèi)星匯聚鏈路狀態(tài)信息，得到全網(wǎng)鏈路狀態(tài)信息；
[0025](d)管理衛(wèi)星根據(jù)全網(wǎng)鏈路狀態(tài)信息為管理的域內(nèi)的低層衛(wèi)星計算路由表；
[0026](e)管理衛(wèi)星下發(fā)路由表。
[0027]進(jìn)一步地，步驟(C)還包括以下步驟:
[0028](Cl)管理衛(wèi)星之間相互交換鏈路狀態(tài)信息，得到全網(wǎng)鏈路狀態(tài)信息。
[0029]進(jìn)一步地，步驟(e)下發(fā)路由表包括以下步驟:
[0030](el)管理衛(wèi)星將路由表下發(fā)給管理的域內(nèi)的簇頭；
[0031](e2)簇頭將路由表下發(fā)給與簇頭處于同一軌道的低層衛(wèi)星。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的分軌分