【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及網絡層路由算法，具體涉及大規模低軌衛星網絡中ospf路由協議信令廣播周期優化方法，用于解決低軌衛星星座的網絡路由問題。低軌衛星指的是距地面350-550km高度的衛星。
技術介紹
1、1.靜態路由方案：
2、缺陷：許多現有的低軌衛星路由方案采用靜態規劃方法，未能充分考慮衛星網絡中動態和復雜的環境。這導致這些方案在應對實時變化、網絡負載均衡和對抗性環境方面效果有限。
3、2.固定優先級方案：
4、缺陷：一些方案可能采用固定的任務優先級來規劃衛星通信路徑，未能充分適應任務之間的實時變化。這可能導致資源利用不均衡，影響整個衛星系統的性能。
5、3.缺乏動態性和擴展性：
6、缺陷：當應用于具有更強時變性和更多衛星節點的巨型星座時，這些算法將面臨擴展性問題。在面對新的任務需求或環境挑戰時，這些方案可能表現出不足的靈活性，難以實時調整路由以優化系統性能。
7、4.缺乏對故障的及時感知性：
8、缺陷：一些方案可能未能有效感知鏈路和節點故障及網絡拓撲變化，使得衛星網絡信息傳輸過程中出現回環、丟包等情況，影響系統吞吐量和包到達率。
9、ospf路由協議信令指在該網絡協議運行過程中衛星節點為了維護鄰居節點關系以及網絡拓撲視圖所需要發送的控制報文。
技術實現思路
1、本方案解決了傳統路由算法無法自適應調整信令廣播周期，實現系統丟包率和信令開銷優化的問題。提供大規模低軌衛星網絡中ospf路由協議信
2、本專利技術的技術方案是：大規模低軌衛星網絡中ospf路由協議信令廣播周期優化方法，具體步驟如下：
3、步驟一、針對低軌衛星組網，基于衛星和星間鏈路建立低軌衛星星座；
4、步驟二、針對低軌衛星星座設計流量中心性定義；
5、為了衡量流量對節點重要性的影響，提出了流量中心性的概念fk(t)，定義如下：
6、
7、其中，tx,j(t)為衛星i需要向衛星j傳輸的流量速率占這兩個衛星所在匹配集內的總流量的比值，其中i，j代表衛星編號，n代表網絡的衛星節點數，pi,j代表從衛星i到衛星j的最短路徑數，nk代表通過節點n的最短路徑數。
8、那么，當衛星k出現故障時，其造成的網絡潛在損失用下式計算：
9、lk(t)＝tk(t)n(n-1)fk(t)
10、其中，lk(t)是由于衛星nk故障而導致無法在經過該衛星轉發的最短路徑上承載的總流量速率乘以這些路徑保持斷開狀態的時間，tk(t)代表在t時刻通過節點k的流量速率。
11、步驟三、hello及lsa信令開銷分信息；
12、對于衛星節點si，其所產生的h信令的開銷為每條鏈路每秒鐘傳輸的h信令的數量乘以每條h信令的大小；因不需要在h信令和lsa中插入額外的數據，這兩種信令的大小不會發生改變，因此，在考慮信令的開銷時，使用信令的數量來代表開銷；
13、衛星節點si的每條h信令會發往其所有的鏈路上，因此，其每秒產生的h信令開銷為：
14、
15、其中，di為衛星si目前維持的星間鏈路數；
16、網絡中每秒產生的h信令總開銷為：
17、
18、步驟四、構建故障檢測優化問題；
19、將網絡中的故障檢測問題定義為組成的優化問題：
20、
21、
22、將上述優化問題中不對結果產生影響的常數去掉后，對信令h的優化問題化簡為：
23、
24、
25、其中，minimize?l(t)為優化目標，即節點失效后網絡損失最小，vh為hello信令的檢測周期，fi(t)為節點i在t時刻承載的流量，sbject?to?o代表對優化后信令開銷的約束，minimize?lh(t)為對hello的周期優化目的函數，等同于minimize?l(t)。
26、公式最小化出現故障后網絡的損失，使信令的總開銷不變；考慮到信令周期的實際物理意義，對th(i)求解時需要保證其為正數；
27、當衛星si生成一條lsa信令時，會在該信令中寫入這條信令的最大轉發次數r，并將此信令以洪泛的方式發送到全網；lsa信令每經過一次轉發，其剩余轉發次數會減1，當轉發次數清0時，這條信令會被當前所在的衛星銷毀；這種方式能夠有效地避免太多的過期信令占用網絡資料；因此網絡中lsa消息的平均開銷為：
28、
29、其中，tl(i)代表信令lsa的廣播周期。
30、當出現節點故障時有lsa消息傳播時延導致的衛星網絡總平均損失為：
31、
32、最小化問題minimizellsa在結構上和最小化問題minimize?lh(t)類似，，因此，這兩個問題具有相似的求解方法和解的組成；
33、步驟五、優化問題求解；
34、基于拉格朗日乘子能夠找到受約束的函數極值的特點對上述優化問題提出了一個簡潔的求解方法；首先對h信令的周期優化問題進行求解；令x＝[th(1),th(1),…,th(n)]，定義公式為h(x)，定義g(x)；這兩個函數的梯度為：
35、
36、
37、優化問題的極值點滿足下式：
38、
39、其中，λ為拉格朗日乘子。
40、因此，基于上述拉格朗日乘子能夠得到n個相互獨立的方程：
41、
42、因此，本文可以對上式求解得到：
43、
44、其中，oh為h消息優化前在網絡中的總開銷，th(i)為優化后每個衛星si的h信令生成周期；
45、由于lsa信令的周期優化問題上h信令優化問題結構類似，能夠用相同的求解方法得到優化后每個衛星si對lsa信令的生成周期：
46、
47、其中，ol為l消息優化前在網絡中的總開銷。
48、根據以上計算結果，能夠進一步計算網絡的平均損失：
49、
50、
51、通過解決上述優化問題，在每個衛星節點擁有足夠的本集合區域內的拓撲信息后，即可計算th(i)和tl(i)的最優值，以在保持信令開銷不變的前提下最小化本衛星所在集合區域內由于衛星節點故障導致的路由中斷對網絡帶來的損失。
52、進一步的，di為衛星si目前維持的星間鏈路數，最大值為4。
53、本專利技術的有益效果是：
54、由于衛星之間相隔很遠，信令消息從產生到廣播道全網需要經過一段時延。在信令廣播的這段時延內，可能會產生臨時路由環路，導致對用戶的服務中斷。更快速地感知網絡故障就需要更短的h和本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.大規模低軌衛星網絡中OSPF路由協議信令廣播周期優化方法，其特征在于，具體步驟如下：
2.根據權利要求1所述的大規模低軌衛星網絡中0SPF路由協議信令廣播周期優化方法，其特征在于，di為衛星si目前維持的星間鏈路數，最大值為4。
【技術特征摘要】
1.大規模低軌衛星網絡中ospf路由協議信令廣播周期優化方法，其特征在于，具體步驟如下：
2.根據權利要求1所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊子健，劉會杰，田豐，繆馨，史文娟，劉義亮，王詩豪，丁兆龍，王文倩，任超宇，
申請(專利權)人：中國科學院微小衛星創新研究院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。