低轨卫星数据链的分布式移动性管理方法与流程

本发明涉及低轨卫星数据链系统的移动性管理，具体涉及一种低轨卫星数据链的分布式移动性管理方法。

背景技术：

1、低轨卫星数据链系统（leo datalink：low earth orbit datalink）居高临下、依天构网，可以有效克服地理地形束缚，为空中、远海、高山、荒原、僻地等提供可与地面数据链相媲美的无线接入和中继传输服务。典型的低轨卫星数据链系统由搭载数据链载荷的低轨卫星星座、网管站、信关站和用户终端组成。低轨卫星星座主要部署在距地面500~ 2000公里的近地轨道上，具有较低的通信时延、更多的可用带宽、在轨卫星功耗更低、全网可用网络容量更高等优势。

2、低轨卫星移动性管理是一项重要的技术内容，主要目标是为卫星通信系统提供被叫终端的位置信息，保证通信的连续性。这是因为低轨卫星绕地运行过程中，卫星的星下区域并非一成不变，卫星在运行过程中与地面的用户终端以及地面站之间需要不断切换。典型地，当卫星轨道高度为1000公里时，卫星与地面站之间的单次连接时长仅能持续10分钟左右。为了保持网络连接，终端用户需要在不同的服务卫星之间频繁切换，卫星也需要在不同地面站之间频繁切换。目前低轨卫星网络的移动性管理都是集中式或半分布式的，用户终端依赖于地面信关站进行位置注册和更新，存在单点失效、可扩展性差、长时延、信令开销大等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种低轨卫星数据链的分布式移动性管理方法，该方法可以实施分布式移动性管理策略，解决了现有移动性管理的部署困难、信令交换时延长、信令开销大问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、低轨卫星数据链的分布式移动性管理方法，其特征在于，包括：s100，构建若干虚拟服务区，虚拟服务区由若干卫星组成，每个卫星均搭载有计算载荷；s200，定义卫星服务区地址表示卫星覆盖地理区域、移动用户接入点地址表示卫星接入域、用户私有地址表示用户设备域、移动卫星地址表示卫星运行区域，虚拟服务区地址表示虚拟服务区，虚拟服务区地址与卫星服务区地址静态绑定，移动卫星地址与虚拟服务区地址动态绑定，用户私有地址与移动用户接入点地址动态绑定；s300，卫星中设置位置存储表，位置存储表中存储有虚拟服务区地址、卫星成员列表、生存期，虚拟服务区地址用于标识当前卫星服务区对应的虚拟服务区编号，卫星成员列表用于记录归属于当前服务区的移动卫星编号，生存期用于记录各成员卫星在此服务区的剩余服务时间；s400，卫星中设置本地移动位置存储表、广域移动位置存储表，本地移动位置存储表中存储有移动用户接入点地址与用户私有地址的动态绑定关系，广域移动位置存储表中存储有卫星服务区地址与用户私有地址的动态绑定关系；s500，卫星利用位置存储表进行卫星位置更新，利用本地移动位置存储表、广域移动位置存储表进行用户位置更新；s600，当有寻呼发生时，对目的用户进行寻呼。

4、在本发明中，优选的，s500和s600中的卫星之间的通信采用鱼眼状态路由策略。

5、在本发明中，优选的，虚拟服务区由2颗本轨道卫星和1至4颗相邻轨道卫星构成，卫星之间通过星间链路进行高速通信，形成一跳的邻接关系。

6、在本发明中，优选的，位置存储表中还包含下一个虚拟服务区地址。

7、在本发明中，优选的，利用位置存储表进行卫星位置更新包括：s501，卫星根据当前轨道位置确定卫星服务区地址，在位置存储表初始注册卫星服务区地址对应的虚拟服务区地址；s502，卫星对虚拟服务区地址进行周期性的轮询，将查询到的虚拟服务区地址与当前虚拟服务区边界比对，若未到达当前虚拟服务区边界，则继续进行下一轮的轮询检测，若达到当前虚拟服务区边界，则执行s503；s503，卫星在下一个虚拟服务区广播服务注册消息，在当前虚拟服务区广播服务注销消息；s504，卫星接收来自其他卫星的广播服务注册消息和服务注销消息，将广播服务注册消息的其他卫星添加到卫星成员列表，将广播服务注销消息的其他卫星从卫星成员列表中同步删除。

8、在本发明中，优选的，利用本地移动位置存储表、广域移动位置存储表进行用户位置更新包括：s505，卫星根据当前接入用户更新本地移动位置存储表，将当前接入用户的用户私有地址添加到本地移动位置存储表中，标识当前接入用户的移动用户接入点地址与用户私有地址的绑定关系；s506，卫星将自身的本地移动位置存储表同步到所在的虚拟服务区的其他卫星；s507，用户的归属卫星变动时，旧归属卫星和新归属卫星各自更新其与用户的对应关系。

9、在本发明中，优选的，旧归属卫星和新归属卫星各自更新其与用户终端的对应关系包括：s5071，用户的归属卫星变动发生在同一虚拟服务区时，旧归属卫星的本地移动位置存储表删除该用户的信息，新归属卫星的本地移动位置存储表增加该用户的信息，旧归属卫星和新归属卫星分别将各自更新后的本地移动位置存储表同步到各自所在虚拟服务区的其他卫星；s5072，用户的归属卫星变动发生在相邻虚拟服务区之间时，旧归属卫星的本地移动位置存储表、广域移动位置存储表分别删除该用户的信息，新归属卫星的本地移动位置存储表、广域移动位置存储表分别增加该用户的信息，旧归属卫星和新归属卫星分别将各自更新后的本地移动位置存储表、广域移动位置存储表同步到各自所在虚拟服务区的其他卫星。

10、在本发明中，优选的，卫星服务区地址按照卫星服务的地理区域进行编码，移动用户接入点地址按照低轨卫星的星座编号进行编码，用户私有地址按照用户段的数据链端机容量进行编码。

11、在本发明中，优选的，s600中对目的用户进行寻呼包括：s601，主叫用户向主叫用户归属的卫星接入点发起目的用户查询，主叫用户归属的卫星接入点向主叫用户归属的卫星发起目的用户查询，主叫用户归属的卫星在本地移动位置存储表查询目的用户，若查询到，则返回目的用户归属的移动用户接入点地址；若未查询到，则执行s602；s602，主叫用户归属的卫星在本虚拟服务区维护的广域移动位置存储表查询目的用户，若查询到，则返回目的用户归属的移动用户接入点地址；若未查询到，则执行s603；s603，主叫用户归属的卫星向相邻虚拟服务区发起目的用户查询，相邻虚拟服务区的卫星在本虚拟服务区维护的广域移动位置存储表查询目的用户，若查询到，则返回目的用户归属的移动用户接入点地址；若未查询到，则继续向下一相邻虚拟服务区发起目的用户查询，以此类推，直至查询到目的用户，查询到目的用户的卫星返回目的用户归属的虚拟服务区地址、转发路径和移动用户接入点地址。

12、一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质包括指令，当指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一项的低轨卫星数据链的分布式移动性管理方法。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1、本方法采用云化虚拟服务区机制，通过高速互联的星间链路连接同轨和异轨相邻卫星，构造一个用于卫星服务区管理的虚拟服务实体，可以基于云存储机制进行实时位置更新，同步管理服务区内的卫星和用户移动性，星上的云化虚拟服务区可以解决地面信关站布站困难、信令时延长、信令开销大等问题。

15、2、采用分层位置管理方法，将数据链用户的位置编码分为3级：服务区地址、接入点地址和用户设备地址，分别对应于广域移动性、本地移动性和用户识别，服务区地址、接入点地址和用户地址的分层解耦，能够区分卫星移动性和用户移动性带来的卫星切换和位置更新，实现有序的动态绑定关系；采用分区位置更新方法，移动用户的位置更新区分本地移动和越区移动，分别进行本地位置更新和服务区位置更新管理，本地移动和广域移动分离的移动用户位置管理方法，能够将用户的移动性管理复杂度控制在有限的范围内，使高频的本地移动性切换得以快速同步更新，低频的跨域移动性切换仅在邻区范围内交换，降低了基于虚拟服务区的分布式移动性管理的网络开销。

16、3、采用位置更新有限扩散方法，移动用户的归属服务区通过鱼眼状态路由策略（fish-eye state routing，fsr）进行邻服务区间的近距传播，用于辅助邻区进行目的用户的位置查询，一方面可以支持远端用户的逐跳位置查询，另一方面也能有效减少位置更新的多跳广播开销。