路由方法和路由系统与流程

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种路由方法和路由系统。

背景技术：

早在90年代初，人们就展开了对卫星网络体系结构中路由技术的研究工作，最开始的路由技术都是基于由leo层卫星组成的单层卫星网络，典型的参考网络模型是iridium和tcledcsic网络。伴随着空间组网技术向多层化发展，基于多层卫星网络的路由问题逐渐成为了新的研究焦点。在地面网络路由技术中，网络中的路由节点依据全网链路状态数据库计算路由表，链路状态数据库的更新依赖于链路状态的改变，这些路由变化信息需要在全网范围内洪泛传递，导致路由表维护需要消耗大量网络资源，并且收敛速度比较慢。但地面网络拓扑结构比较稳定，并且地面网络的路由节点计算资源以及存储资源都比较充足，因此基于地面网络的路由协议都能够较好的运作。而对于卫星网络来说，由于卫星节点的移动性，卫星拓扑结构具有高度的动态性，并且星上的处理资源及存储资源也都非常有限，卫星节点的可维护性差，这些都导致了传统地面网络的路由技术无法有效运用在卫星网络中。

尽管在空间网络中解决路由问题有着诸多难点，但卫星网络本身的一些特征也为路由协议的设计创造了有利条件，比如节点运动的周期性、可预测性等，结合卫星网络的以上特性，研究人员提出了多种空间网络路由技术，空间网络路由技术大体上分为两种类型：集中式路由技术和分布式路由技术。

集中式的路由技术最大的特点是将转发功能与控制功能相分离，将计算能力弱的卫星节点从大量的路由处理工作中解放出来，然而，这种完全集中式的路由也有它的坏处，首先，大量的卫星节点不具备路由功能，只是傻瓜式地转发数据包，当网络中出现拥塞时，转发数据包的节点完全没有应对的能力，对于空间网络这种环境中，一旦发生卫星失效或链路故障，想要修复又是非常困难，而且，空间网络的用户群分布不均匀，又有很大可能引起网络拥塞。

分布式路由技术中，空间网络中的每颗卫星都具有路由处理的功能，卫星节根据目的节点与自己的位置关系、相邻链路的状态等一些信息，使用路由协议中的相关规则，独立地计算出下一跳。使用分布式路由技术的卫星网络，每个卫星节点不需要维护整个网络的链路状态数据库，只需要根据拓扑形态与相应的路由准则即可求出下一跳，这样就减少了卫星用于路由处理部分所需的计算和存储资源，然而网络中一旦出现拥塞状况，只有与发生拥塞的节点相邻的卫星才知道，这就有可能导致路径的选择不是最优的甚至是路由失败。

技术实现要素：

本发明提供一种路由方法和路由系统，用于在拥塞发生时能够快速解决网络拥塞，实现快速路径重构，从而保证业务数据的持续性。

为实现上述目的，本发明提供了一种路由方法，包括：

leo层卫星判断leo最短路由表中的路径是否发生拥塞；

leo层卫星若判断出leo最短路由表中的路径发生拥塞时，判断leo备用路由表中的路径是否发生拥塞；

leo层卫星若判断出leo备用路由表中的路径未发生拥塞时，将路由协议切换到leo备用路由表，并根据leo备用路由表转发时延敏感业务数据。

可选地，还包括：

leo层卫星若判断出leo备用路由表中的路径发生拥塞时，将路由协议切换到meo路由表；

leo层卫星向meo层卫星发送路由请求，所述路由请求包括时延敏感业务数据；

meo层卫星根据本层链路拥塞状态判断是否能够承载leo层业务数据流量；

meo层卫星若判断出能够承载leo层业务数据流量，根据meo路由表转发该时延敏感业务数据；

meo层卫星若判断出不能承载leo层业务数据流量，丢弃该时延敏感业务数据。

可选地，还包括：

leo层卫星若判断出leo最短路由表中的路径未发生拥塞时，leo层卫星根据leo最短路由表转发时延敏感业务数据。

可选地，所述leo层卫星判断leo最短路由表中的路径是否发生拥塞之前还包括：

meo层卫星采集对应的leo层卫星的网络链路状态数据，并根据网络链路状态数据计算出leo最短路由表和leo备用路由表；

meo层卫星将leo最短路由表和leo备用路由表发送至对应的leo层卫星。

可选地，所述leo层卫星若判断出leo备用路由表中的路径未发生拥塞时，将路由协议切换到leo备用路由表，并根据leo备用路由表转发时延敏感业务数据包括：

leo层卫星将时延敏感业务数据的标识设置为与leo备用路由表对应的第一标识；

leo层卫星根据时延敏感业务数据中的第一标识查询出与第一标识对应的leo备用路由；

leo层卫星根据leo备用路由转发该时延敏感业务数据。

可选地，所述leo层卫星根据leo备用路由转发该时延敏感业务数据之前还包括：

leo层卫星根据leo备用路由中的路径判断自身与目的卫星是否处于同一横向环上；

leo层卫星若判断出自身与目的卫星未处于同一横向环上，执行所述leo层卫星根据leo备用路由转发该时延敏感业务数据的步骤；

leo层卫星若判断出自身与目的卫星处于同一横向环上，leo层卫星将时延敏感业务数据垂直向赤道方向发送一跳，再根据leo备用路由转发该时延敏感业务数据。

可选地，所述leo层卫星若判断出leo最短路由表中的路径未发生拥塞时，leo层卫星根据leo最短路由表转发时延敏感业务数据包括：

leo层卫星根据时延敏感业务数据中的第二标识查询出与第二标识对应的leo最短路由表，并根据leo最短路由表转发该时延敏感业务数据。

可选地，所述leo层卫星判断leo最短路由表中的是否发生拥塞之前包括：

meo层卫星采集对应的leo层卫星的网络链路状态数据，并根据网络链路状态数据计算出leo最短路由表和leo备用路由表；

meo层卫星将leo最短路由表和leo备用路由表发送至leo层卫星。

为实现上述目的，本发明提供了一种路由系统，包括：leo层卫星；

leo层卫星，用于判断leo最短路由表中的路径是否发生拥塞；leo层卫星若判断出leo最短路由表中的路径发生拥塞时，判断leo备用路由表中的路径是否发生拥塞；leo层卫星若判断出leo备用路由表中的路径未发生拥塞时，将路由协议切换到leo备用路由表，并根据leo备用路由表转发时延敏感业务数据。

可选地，还包括：meo层卫星；

leo层卫星若判断出leo备用路由表中的路径发生拥塞时，将路由协议切换到meo路由表；向meo层卫星发送路由请求，所述路由请求包括时延敏感业务数据；

meo层卫星，用于根据本层链路拥塞状态判断是否能够承载leo层业务数据流量；meo层卫星若判断出能够承载leo层业务数据流量，根据meo路由表转发该时延敏感业务数据；meo层卫星若判断出不能承载leo层业务数据流量，丢弃该时延敏感业务数据。

可选地，所述leo层卫星，用于若判断出leo最短路由表中的路径未发生拥塞时，leo层卫星根据leo最短路由表转发时延敏感业务数据。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的路由方法和路由系统的技术方案中，leo层卫星若判断出leo最短路由表中的路径发生拥塞且判断出leo备用路由表中的路径未发生拥塞时，将路由协议切换到leo备用路由表，并根据leo备用路由表转发时延敏感业务数据，本发明在拥塞发生时能够快速解决网络拥塞，实现快速路径重构，从而保证了业务数据的持续性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种路由方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种路由方法的流程图；

图3为实施例二中时延差值的示意图；

图4为实施例二中网络链路状态的示意图；

图5为本发明实施例三提供的一种路由系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的路由方法和路由系统进行详细描述。

图1为本发明实施例一提供的一种路由方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101、leo层卫星判断leo最短路由表中的路径是否发生拥塞，若是，则执行步骤102；若否，则执行步骤104。

步骤102、leo层卫星判断leo备用路由表中的路径是否发生拥塞，若否，则执行步骤103，若是，则执行步骤105。

步骤103、leo层卫星将路由协议切换到leo备用路由表，并根据leo备用路由表转发时延敏感业务数据，流程结束。

步骤104、leo层卫星根据leo最短路由表转发时延敏感业务数据，流程结束。

步骤105、leo层卫星将路由协议切换到meo路由表。

本实施例提供的路由方法的技术方案中，leo层卫星若判断出leo最短路由表中的路径发生拥塞且判断出leo备用路由表中的路径未发生拥塞时，将路由协议切换到leo备用路由表，并根据leo备用路由表转发时延敏感业务数据，本实施例在拥塞发生时能够快速解决网络拥塞，实现快速路径重构，从而保证了业务数据的持续性。

图2为本发明实施例二提供的一种路由方法的流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤201、leo层卫星将时延敏感业务数据的标识设置为与leo最短路由表对应的第二标识，meo层卫星将带宽敏感业务数据的标识设置为与meo路由表对应的第三标识。

路由协议中将业务分为时延敏感业务和带宽敏感业务。在测试中，将meo星间的传输时延或meo层卫星到leo层卫星的传输时延与leo星间的传输时延进行对比发现，meo星间的传输时延或meo层卫星到leo层卫星的传输时延基本上都是leo星间的传输时延的数十倍，因此，在初始状态下，将时延敏感业务分配到leo层进行路由，以及将带宽敏感业务分配到meo层进行路由，实现在整体上进行分流。具体地，为标识不同类型的数据所要使用的路由策略，需要在不同类型的数据中添加与路由策略对应的标识(即：flag标记)。对于时延敏感业务数据来说，可在其ip头部添加第二标识，该第二标识与leo最短路由表对应，用于标识该时延敏感业务数据的路由策略为leo最短路由表；对于带宽敏感业务数据来说，可在其ip头部添加第三标识，该第三标识与meo路由表对应，用于标识该带宽敏感业务数据的路由策略为meo路由表。例如，第二标识为1，第三标识为3。在遇到拥塞问题时卫星节点分布式地实施路由切换策略，保证通信的正常进行。

步骤202、meo层卫星采集对应的leo层卫星的网络链路状态数据，并根据网络链路状态数据计算出leo最短路由表和leo备用路由表。

本实施例中，每个meo层卫星可对应于多个leo层卫星，meo层周期性地采集每个对应的leo层卫星的网络链路状态数据，并通过dijkstra路径算法对进行计算得出leo最短路由表和leo备用路由表。leo最短路由表为leo主用路由表，采用集中式的路由技术，可保证时延敏感业务最快速响应时延最短。由于leo层卫星采用极地轨道卫星星座，极地轨道卫星星座具有越接近极地地区横向链路传输时延越短的特点，因此，使用leo最短路由表中的路径具有倾向于向极地地区汇聚的特征。

由于leo最短路由表中的路径具有向极地地区汇聚的特征，因此，在网络任务繁重的情况下极有可能产生拥塞，为了在发生链路拥塞时避开拥塞链路，可将业务数据流量分配到一条与leo最短路由表中的路径不重合的路径上，因此需要首先计算出leo最短路由表表和leo备用路由表。路由备用路由表中的路径与leo最短路由表中的路径不重合。

本实施例中，leo层卫星的网络链路状态数据可包括leo层传输时延。

本实施例中，meo层卫星对leo层传输时延进行计算得出leo最短路由表。具体地，可通过dijkstra路径算法对leo层传输时延进行计算得出leo最短路由表。

本实施例中，meo层卫星将一减去leo层传输时延得出时延差值，并根据时延差值计算出leo备用路由表。具体地，可通过dijkstra路径算法对时延差值进行计算得出leo备用路由表。图3为实施例二中时延差值的示意图，如图3所示，leo层传输时延和时延差值的单位均是s，当leo层传输时延为a，则时延差值为1-a；特别地，当leo层传输时延为无穷大时，表明leo层星间链路是断开的，因此时延差值也为无穷大。图4为实施例二中网络链路状态的示意图，图4中示除了从leo层卫星1至leo层卫星2的网络链路状态，左边为leo层传输时延对应的网络链路状态，右边为时延差值对应的网络链路状态，从左右对比可以看出，计算出时延差值后网络链路状态倒置，这样的话相当于越接近赤道附近链路的传输时延越短，leo备用路由表中的路径就会倾向于向赤道附近汇聚，以达到分流的效果。

步骤203、meo层卫星将leo最短路由表和leo备用路由表发送至对应的leo层卫星。

本实施例中，meo层卫星将leo最短路由表和leo备用路由表广播至对应的leo层卫星。

步骤204、leo层卫星判断leo最短路由表中的路径是否发生拥塞，若是，则执行步骤205；若否，则继续执行步骤213。

具体地，leo层卫星判断leo最短路由表对应的缓冲区中的链路队列是否大于第一设定阈值，若是，则表明判断出leo最短路由表中的路径发生拥塞；若否，则表明判断出leo最短路由表中的路径未发生拥塞。

步骤205、leo层卫星判断leo备用路由表中的路径是否发生拥塞，若是，则执行步骤206；若否，则执行步骤211。

具体地，leo层卫星判断leo备用路由表对应的缓冲区中的链路队列是否大于第二设定阈值，若是，则表明判断出leo备用路由表中的路径发生拥塞；若否，则表明判断出leo备用路由表中的路径未发生拥塞。

步骤206、leo层卫星将路由协议切换到meo路由表。

本步骤具体包括：leo层卫星将时延敏感业务数据的标识设置为与meo路由表对应的第三标识。例如，第三标识为3。

步骤207、leo层卫星向meo层卫星发送路由请求，该路由请求包括时延敏感业务数据。

本实施例中，当leo层卫星判断出leo备用路由表中的路径发生拥塞时，表明时延敏感业务数据采用leo最短路由表和leo备用路由表均无法保证正常通信，此时leo层卫星可向meo层卫星发送路由请求，请求meo层卫星接受时延敏感业务数据。

步骤208、meo层卫星根据本层链路拥塞状态判断是否能够承载leo层业务数据流量，若是，则执行步骤209，若否，则执行步骤210。

步骤209、meo层卫星根据meo路由表转发该时延敏感业务数据，流程结束。

具体地，meo层卫星根据时延敏感业务数据中的第三标识查询出与第三标识对应的meo路由表，并根据meo路由表转发该时延敏感业务数据。

步骤210、meo层卫星丢弃该时延敏感业务数据，流程结束。

步骤211、leo层卫星将路由协议切换到leo备用路由表。

本步骤具体包括：leo层卫星将时延敏感业务数据的标识设置为与leo备用路由表对应的第一标识。对于时延敏感业务数据来说，可在其ip头部添加第一标识，该第一标识与leo备用路由表对应，用于标识该时延敏感业务数据的路由策略为leo备用路由表。例如，第一标识为2。

步骤212、leo层卫星根据leo备用路由表转发该时延敏感业务数据，流程结束。

具体地，步骤212包括：

步骤2121、leo层卫星根据时延敏感业务数据中的第一标识查询出与第一标识对应的leo备用路由。

步骤2122、leo层卫星根据leo备用路由中的路径判断自身与目的卫星是否处于同一横向环上，若否，则执行步骤2123；若是，则执行步骤2124。

步骤2123、leo层卫星根据leo备用路由转发该时延敏感业务数据，流程结束。

步骤2124、leo层卫星将时延敏感业务数据垂直向赤道方向发送一跳，再根据leo备用路由转发该时延敏感业务数据，流程结束。

如果发生路由切换的leo层卫星与目的卫星处于同一横向环上，由于leo层卫星和目的卫星之间直线最短，因此leo备用路由表中的路径和leo最短路由表中的路径还是会重合，因此执行本步骤后leo备用路由表中的路径与leo最短路由表中的路径不重合。

步骤213、leo层卫星根据leo最短路由表转发时延敏感业务数据，流程结束。

具体地，leo层卫星根据时延敏感业务数据中的第二标识查询出与第二标识对应的leo最短路由表，并根据leo最短路由表转发该时延敏感业务数据。

本实施例中，该方法还可以包括：

步骤a、meo层卫星采集meo层卫星的网络链路状态数据，并根据meo层卫星的网络链路状态数据计算出meo路由表。

具体地，meo层卫星通过dijkstra路径算法对meo层卫星的网络链路状态数据进行计算，得出meo路由表。

步骤b、meo卫星接收地面站发送的带宽敏感业务数据，该带宽敏感业务数据包括第三标识。

步骤c、meo卫星根据第三标识查询出与第三标识对应的meo理由表，并根据meo路由表转发该带宽敏感业务数据。

需要说明的是：本实施例中各步骤的执行顺序仅为一种示例，在实际应用中，可根据需要改变步骤之间的执行顺序或者使不同的步骤同时执行。

本实施例提供的路由方法的技术方案中，leo层卫星若判断出leo最短路由表中的路径发生拥塞且判断出leo备用路由表中的路径未发生拥塞时，将路由协议切换到leo备用路由表，并根据leo备用路由表转发时延敏感业务数据，本实施例在拥塞发生时能够快速解决网络拥塞，实现快速路径重构，从而保证了业务数据的持续性。本实施例针对流量调节问题，首先将业务数据划分为时延敏感和带宽敏感两种类型，并在网络初始化阶段分别为这两类业务数据建立不同的路由结构，从一开始就避免二者发生资源争用。在网络负载严重的环境下，优先保障时延敏感业务数据占用最短路径表中的路径，而对带宽敏感业务数据则以迂回路径保障，令双方的差异化需求都能够得到满足。当流量过度集中，依靠leo最短路由表和leo备用路由表也无法解决拥塞问题时，可将流量导入meo层。本实施例的方案在拥塞发生时利用多路由、多拓扑解决网络拥塞问题。

图5为本发明实施例三提供的一种路由系统的结构示意图，如图5所示，该系统包括：leo层卫星1。

leo层卫星1用于判断leo最短路由表中的路径是否发生拥塞；leo层卫星若判断出leo最短路由表中的路径发生拥塞时，判断leo备用路由表中的路径是否发生拥塞；leo层卫星若判断出leo备用路由表中的路径未发生拥塞时，将路由协议切换到leo备用路由表，并根据leo备用路由表转发时延敏感业务数据。

进一步地，该路由系统还包括：meo层卫星2。

leo层卫星1若判断出leo备用路由表中的路径发生拥塞时，将路由协议切换到meo路由表；向meo层卫星发送路由请求，所述路由请求包括时延敏感业务数据；

meo层卫星2用于根据本层链路拥塞状态判断是否能够承载leo层业务数据流量；meo层卫星若判断出能够承载leo层业务数据流量，根据meo路由表转发该时延敏感业务数据；meo层卫星若判断出不能承载leo层业务数据流量，丢弃该时延敏感业务数据。

进一步地，leo层卫星1用于若判断出leo最短路由表中的路径未发生拥塞时，leo层卫星根据leo最短路由表转发时延敏感业务数据。

本实施例提供的路由系统的技术方案中，leo层卫星若判断出leo最短路由表中的路径发生拥塞且判断出leo备用路由表中的路径未发生拥塞时，将路由协议切换到leo备用路由表，并根据leo备用路由表转发时延敏感业务数据，本实施例在拥塞发生时能够快速解决网络拥塞，实现快速路径重构，从而保证了业务数据的持续性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。