一种高低轨卫星通信网络路由控制方法及装置

技术领域

本发明涉及卫星通信网络技术领域，尤其涉及一种高低轨卫星通信网络路由控制方法及装置。

背景技术

卫星网络作为一种独特的通信网络，其网络规模庞大、拓扑结构复杂、带宽限制等特点对路由算法提出了极高的要求。传统的卫星路由算法在应对卫星网络的复杂性时存在一些困难，如路径选择、网络拓扑的稳定性、负载平衡等问题。

软件定义网络(Software-Defined Networking，SDN)是一种新型网络架构，其控制平面和数据平面分离，中心化控制，灵活管理，能够为卫星网络的路由控制提供更好的解决方案。在SDN架构下，卫星网络的路由控制变得更加灵活，可以通过网络编程来实现路由的配置和控制，同时可以动态调整网络拓扑结构，提高路由的效率和可靠性。

高低轨卫星网络的研究背景主要来自于对全球通信覆盖的需求。传统的低轨卫星网络可以提供全球通信服务，但是受限于卫星数量和运行轨道高度的限制，低轨卫星网络带宽和时延的性能较低，难以满足大规模应用的需求。相比之下，高轨卫星网络可以提供更高的带宽和更长的覆盖范围，但是由于运行高度较高，无法实现低延迟的通信。

为了弥补传统卫星网络的不足，高低轨卫星网络的结合成为了研究的热点之一。通过在高轨卫星网络上部署高带宽、高延迟的传输链路，将其作为低轨卫星网络的中继节点，可以在保证全球覆盖的同时提高网络性能。然而，高低轨卫星网络的路由控制面临着异构性、多路径性、带宽约束、端到端延迟的问题。

在过去的几十年里，研究人员提出了许多路由算法来解决卫星网络路由控制的问题，如基于覆盖域的路由、基于虚拟拓扑的路由和基于质量的路由等。然而，这些算法仍然存在着一些缺陷，如计算复杂度高、收敛速度慢、容易发生环路等问题。为了解决这些问题，近年来研究人员开始将软件定义网络引入卫星网络路由控制，实现对卫星网络的动态控制和管理，提高网络的灵活性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高低轨卫星通信网络路由控制方法及装置，是一种异构融合软件定义的高低轨卫星通信网络路由控制方法，将高低轨卫星通信网络划分为不同的簇，GEO地球静止轨道(Geostationary Orbi，GEO)星载SDN控制器管理其覆盖范围内的LEO低地球轨道(Low Earth Orbit，LEO)卫星簇；采用SDN网络架构设计，GEO星载SDN控制器集中计算与维护路由表下发给所管理的LEO簇首卫星；LEO簇首卫星在簇内公告路由表信息，完成路由信息扩散；根据源卫星与目的卫星的位置关系，进行不同的星上路由转发。本发明采用软件定义网络的思想，可以更快速、精确地完成路由控制，提高网络的整体效率，可以快速地发现网络故障和瓶颈，并采取相应的措施进行调整和优化，提高网络的可靠性和鲁棒性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面公开了一种高低轨卫星通信网络路由控制方法，所述方法包括：

S1，构建高低轨卫星通信网络，所述高低轨卫星通信网络包括不同轨道高度的低轨子星座和覆盖全球的四颗GEO卫星，每个低轨子星座包括M颗LEO卫星；

S2，利用分簇设计方法，对所述高低轨卫星通信网络进行划分，得到N个LEO卫星簇，N为整数，每个LEO卫星簇包括LEO簇首卫星和LEO簇成员卫星；

S3，利用GEO星载SDN控制器，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行处理，得到优化路由表；

S4，利用GEO星载SDN控制器，将所述优化路由表下发给所管理的LEO簇首卫星和与所述LEO簇首卫星相邻的GEO卫星；

S5，所述LEO簇首卫星在簇内公告所述优化路由表，完成路由信息扩散；

S6，利用GEO星载SDN控制器，根据源卫星与目的卫星的位置关系，利用所述优化路由表实现不同的星上路由转发。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用分簇设计方法，对所述高低轨卫星通信网络进行划分，得到N个LEO卫星簇，包括：

利用分簇设计方法，将所述高低轨卫星通信网络中GEO卫星覆盖范围内的某一时间段的LEO卫星分为一簇，得到N个LEO卫星簇，N为整数，每个LEO卫星簇包括LEO簇首卫星和LEO簇成员卫星；

所述LEO簇首卫星为所述GEO卫星覆盖范围内的某一时间段的中心卫星。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述高低轨卫星通信网络利用GEO星载SDN控制器管理其覆盖范围内的LEO卫星簇；

GEO卫星通过星间链路与LEO簇首卫星相连，不同簇的GEO卫星通过星间链路相连，不同轨道高度的LEO卫星之间通过星间链路相连；

所述高低轨卫星通信网络，利用GEO星载SDN控制器实现控制平面和数据平面分离；

四颗GEO卫星组成控制平面，不同轨道的LEO卫星组成数据平面。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用GEO星载SDN控制器，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行处理，得到优化路由表，包括：

利用GEO星载SDN控制器，根据星历信息，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行计算、维护与合并，得到优化路由表；

所述优化路由表包括卫星逻辑地址、卫星ID与簇号组成的唯一标识信息。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述根据源卫星与目的卫星的位置关系，利用所述优化路由表实现不同的星上路由转发，包括：

S61，当源卫星与目的卫星在同一簇内，利用GEO星载SDN控制器，根据GEO/LEO静态路由表和卫星ID与簇号组成的唯一标识信息，进行簇内路由，实现不同的星上路由转发；

S62，当源卫星与目的卫星在同一簇内，利用GEO星载SDN控制器，通过不同簇的GEO卫星之间的星间链路，进行跨簇路由，将业务数据转发至目标簇的GEO卫星处，实现不同的星上路由转发。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述方法还包括：

GEO卫星实时监测本簇内的LEO卫星链路连接状况，得到拥塞信息和故障信息；

根据所述拥塞信息和故障信息进行判断，当出现故障或拥塞时，由LEO簇首卫星上报给GEO星载SDN控制器；

所述GEO星载SDN控制器重新计算更新优化路由表，将所述优化路由表下发给所管理的LEO簇首卫星与相邻的GEO卫星，并由LEO簇首卫星在簇内公告，完成路由扩散。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述方法还包括：

如果LEO卫星星上转发出现异常信息，所述LEO卫星将数据包发往LEO簇首卫星；

所述LEO簇首卫星将所述异常信息上报给GEO卫星，由所述GEO卫星负责转发。

本发明实施例第二方面公开了一种高低轨卫星通信网络路由控制装置，所述装置包括：

网络构建模块，用于构建高低轨卫星通信网络，所述高低轨卫星通信网络包括不同轨道高度的低轨子星座和覆盖全球的四颗GEO卫星，每个低轨子星座包括M颗LEO卫星；

分簇模块，用于利用分簇设计方法，对所述高低轨卫星通信网络进行划分，得到N个LEO卫星簇，N为整数，每个LEO卫星簇包括LEO簇首卫星和LEO簇成员卫星；

路由表优化模块，用于利用GEO星载SDN控制器，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行处理，得到优化路由表；

路由表下发模块，用于利用GEO星载SDN控制器，将所述优化路由表下发给所管理的LEO簇首卫星和与所述LEO簇首卫星相邻的GEO卫星；

路由公告模块，用于所述LEO簇首卫星在簇内公告所述优化路由表，完成路由信息扩散；

路由控制模块，用于利用GEO星载SDN控制器，根据源卫星与目的卫星的位置关系，利用所述优化路由表实现不同的星上路由转发。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述利用分簇设计方法，对所述高低轨卫星通信网络进行划分，得到N个LEO卫星簇，包括：

利用分簇设计方法，将所述高低轨卫星通信网络中GEO卫星覆盖范围内的某一时间段的LEO卫星分为一簇，得到N个LEO卫星簇，N为整数，每个LEO卫星簇包括LEO簇首卫星和LEO簇成员卫星；

所述LEO簇首卫星为所述GEO卫星覆盖范围内的某一时间段的中心卫星。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述高低轨卫星通信网络利用GEO星载SDN控制器管理其覆盖范围内的LEO卫星簇；

GEO卫星通过星间链路与LEO簇首卫星相连，不同簇的GEO卫星通过星间链路相连，不同轨道高度的LEO卫星之间通过星间链路相连；

所述高低轨卫星通信网络，利用GEO星载SDN控制器实现控制平面和数据平面分离；

四颗GEO卫星组成控制平面，不同轨道的LEO卫星组成数据平面。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述利用GEO星载SDN控制器，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行处理，得到优化路由表，包括：

利用GEO星载SDN控制器，根据星历信息，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行计算、维护与合并，得到优化路由表；

所述优化路由表包括卫星逻辑地址、卫星ID与簇号组成的唯一标识信息。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述根据源卫星与目的卫星的位置关系，利用所述优化路由表实现不同的星上路由转发，包括：

S61，当源卫星与目的卫星在同一簇内，利用GEO星载SDN控制器，根据GEO/LEO静态路由表和卫星ID与簇号组成的唯一标识信息，进行簇内路由，实现不同的星上路由转发；

S62，当源卫星与目的卫星在同一簇内，利用GEO星载SDN控制器，通过不同簇的GEO卫星之间的星间链路，进行跨簇路由，将业务数据转发至目标簇的GEO卫星处，实现不同的星上路由转发。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述方法还包括：

GEO卫星实时监测本簇内的LEO卫星链路连接状况，得到拥塞信息和故障信息；

根据所述拥塞信息和故障信息进行判断，当出现故障或拥塞时，由LEO簇首卫星上报给GEO星载SDN控制器；

所述GEO星载SDN控制器重新计算更新优化路由表，将所述优化路由表下发给所管理的LEO簇首卫星与相邻的GEO卫星，并由LEO簇首卫星在簇内公告，完成路由扩散。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述方法还包括：

如果LEO卫星星上转发出现异常信息，所述LEO卫星将数据包发往LEO簇首卫星；

所述LEO簇首卫星将所述异常信息上报给GEO卫星，由所述GEO卫星负责转发。

本发明第三方面公开了另一种高低轨卫星通信网络路由控制装置，所述装置包括：

存储有可执行程序代码的存储器；

与所述存储器耦合的处理器；

所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明实施例第一方面公开的高低轨卫星通信网络路由控制方法中的部分或全部步骤。

本发明第四方面公开了一种计算机可存储介质，所述计算机可存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行本发明实施例第一方面公开的高低轨卫星通信网络路由控制方法中的部分或全部步骤。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

(1)本发明采用软件定义网络的思想，将路由控制从传统的硬件实现转为软件实现，通过SDN控制器的集中管理和灵活配置，可以更快速、精确地完成路由控制，提高网络的整体效率；

(2)本发明充分考虑了高低轨卫星网络的异构性和复杂性，通过SDN控制器中的路由控制策略和算法，可以针对不同的网络拓扑和数据流量特征进行优化和调整，提高网络适应性和灵活性；

(3)本发明采用SDN控制器的路由控制方法，可以快速地发现网络故障和瓶颈，并采取相应的措施进行调整和优化，从而提高了网络的可靠性和鲁棒性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种高低轨卫星通信网络路由控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例公开的高低轨卫星通信网络架构示意图；

图3是本发明实施例公开的一种高低轨卫星通信网络路由控制装置的结构示意图；

图4是本发明实施例公开的另一种高低轨卫星通信网络路由控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明公开了一种高低轨卫星通信网络路由控制方法及装置，该方法包括：构建高低轨卫星通信网络，所述高低轨卫星通信网络包括不同轨道高度的低轨子星座和覆盖全球的四颗GEO卫星；利用分簇设计方法，对所述高低轨卫星通信网络进行划分，得到N个LEO卫星簇，N为整数，每个LEO卫星簇包括LEO簇首卫星；利用GEO星载SDN控制器，根据星历信息，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行处理，得到优化路由表；利用GEO星载SDN控制器，将所述优化路由表下发给所管理的LEO簇首卫星和与所述LEO簇首卫星相邻的GEO卫星；所述LEO簇首卫星在簇内公告所述优化路由表，完成路由信息扩散；根据源卫星与目的卫星的位置关系，利用所述优化路由表实现不同的星上路由转发。本发明采用软件定义网络的思想，可以更快速、精确地完成路由控制，提高网络的整体效率，可以快速地发现网络故障和瓶颈，并采取相应的措施进行调整和优化，提高网络的可靠性和鲁棒性。以下分别进行详细说明。

实施例一

请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种高低轨卫星通信网络路由控制方法的流程示意图。其中，图1所描述的高低轨卫星通信网络路由控制方法应用于卫星通信网络技术领域，采用异构融合软件定义来实现高低轨卫星通信网络路由控制，本发明实施例不做限定。如图1所示，该高低轨卫星通信网络路由控制方法可以包括以下操作：

S1，构建高低轨卫星通信网络，所述高低轨卫星通信网络包括不同轨道高度的低轨子星座和覆盖全球的四颗GEO卫星，每个低轨子星座包括M颗LEO卫星；

S2，利用分簇设计方法，对所述高低轨卫星通信网络进行划分，得到N个LEO卫星簇，N为整数，每个LEO卫星簇包括LEO簇首卫星和LEO簇成员卫星；

S3，利用GEO星载SDN控制器，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行处理，得到优化路由表；

S4，利用GEO星载SDN控制器，将所述优化路由表下发给所管理的LEO簇首卫星和与所述LEO簇首卫星相邻的GEO卫星；

S5，所述LEO簇首卫星在簇内公告所述优化路由表，完成路由信息扩散；

S6，利用GEO星载SDN控制器，根据源卫星与目的卫星的位置关系，利用所述优化路由表实现不同的星上路由转发。

可选的，所述利用分簇设计方法，对所述高低轨卫星通信网络进行划分，得到N个LEO卫星簇，包括：

利用分簇设计方法，将所述高低轨卫星通信网络中GEO卫星覆盖范围内的某一时间段的LEO卫星分为一簇，得到N个LEO卫星簇，N为整数，每个LEO卫星簇包括LEO簇首卫星和LEO簇成员卫星；

所述LEO簇首卫星为所述GEO卫星覆盖范围内的某一时间段的中心卫星。

可选的，所述高低轨卫星通信网络利用GEO星载SDN控制器管理其覆盖范围内的LEO卫星簇；

GEO卫星通过星间链路与LEO簇首卫星相连，不同簇的GEO卫星通过星间链路相连，不同轨道高度的LEO卫星之间通过星间链路相连；

所述高低轨卫星通信网络，利用GEO星载SDN控制器实现控制平面和数据平面分离；

四颗GEO卫星组成控制平面，不同轨道的LEO卫星组成数据平面。

可选的，所述利用GEO星载SDN控制器，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行处理，得到优化路由表，包括：

利用GEO星载SDN控制器，根据星历信息，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行计算、维护与合并，得到优化路由表；

所述优化路由表包括卫星逻辑地址、卫星ID与簇号组成的唯一标识信息。

可选的，所述根据源卫星与目的卫星的位置关系，利用所述优化路由表实现不同的星上路由转发，包括：

S61，当源卫星与目的卫星在同一簇内，利用GEO星载SDN控制器，根据GEO/LEO静态路由表和卫星ID与簇号组成的唯一标识信息，进行簇内路由，实现不同的星上路由转发；

S62，当源卫星与目的卫星在同一簇内，利用GEO星载SDN控制器，通过不同簇的GEO卫星之间的星间链路，进行跨簇路由，将业务数据转发至目标簇的GEO卫星处，实现不同的星上路由转发。

可选的，所述方法还包括：

GEO卫星实时监测本簇内的LEO卫星链路连接状况，得到拥塞信息和故障信息；

根据所述拥塞信息和故障信息进行判断，当出现故障或拥塞时，由LEO簇首卫星上报给GEO星载SDN控制器；

所述GEO星载SDN控制器重新计算更新优化路由表，将所述优化路由表下发给所管理的LEO簇首卫星与相邻的GEO卫星，并由LEO簇首卫星在簇内公告，完成路由扩散。

可选的，所述方法还包括：

如果LEO卫星星上转发出现异常信息，所述LEO卫星将数据包发往LEO簇首卫星；

所述LEO簇首卫星将所述异常信息上报给GEO卫星，由所述GEO卫星负责转发。

图2是本发明实施例公开的高低轨卫星通信网络架构的示意图。

实施例二请参阅图3，图3是本发明实施例公开的一种高低轨卫星通信网络路由控制装置的结构示意图。其中，图3所描述的高低轨卫星通信网络路由控制装置应用于卫星通信网络技术领域，采用异构融合软件定义来实现高低轨卫星通信网络路由控制，本发明实施例不做限定。如图3所示，该高低轨卫星通信网络路由控制装置可以包括以下操作：

S301，网络构建模块，用于构建高低轨卫星通信网络，所述高低轨卫星通信网络包括不同轨道高度的低轨子星座和覆盖全球的四颗GEO卫星，每个低轨子星座包括M颗LEO卫星；

S302，分簇模块，用于利用分簇设计方法，对所述高低轨卫星通信网络进行划分，得到N个LEO卫星簇，N为整数，每个LEO卫星簇包括LEO簇首卫星和LEO簇成员卫星；

S303，路由表优化模块，用于利用GEO星载SDN控制器，对多层LEO卫星静态路由表、GEO卫星静态路由表和GEO/LEO静态路由表进行处理，得到优化路由表；

S304，路由表下发模块，用于利用GEO星载SDN控制器，将所述优化路由表下发给所管理的LEO簇首卫星和与所述LEO簇首卫星相邻的GEO卫星；

S305，路由公告模块，用于所述LEO簇首卫星在簇内公告所述优化路由表，完成路由信息扩散；

S306，路由控制模块，用于利用GEO星载SDN控制器，根据源卫星与目的卫星的位置关系，利用所述优化路由表实现不同的星上路由转发。

实施例三

请参阅图4，图4是本发明实施例公开的另一种高低轨卫星通信网络路由控制装置的结构示意图。其中，图4所描述的高低轨卫星通信网络路由控制装置应用于卫星通信网络技术领域，采用异构融合软件定义来实现高低轨卫星通信网络路由控制，本发明实施例不做限定。如图4所示，该高低轨卫星通信网络路由控制装置可以包括以下操作：

存储有可执行程序代码的存储器401；

与存储器401耦合的处理器402；

处理器402调用存储器401中存储的可执行程序代码，用于执行实施例一所描述的高低轨卫星通信网络路由控制方法中的步骤。

实施例四

本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行实施例一所描述的高低轨卫星通信网络路由控制方法中的步骤。

以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

最后应说明的是：本发明实施例公开的一种高低轨卫星通信网络路由控制方法及装置所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。