一種空天信息網絡信息傳輸方法
2023-05-16 07:43:46 3
專利名稱：一種空天信息網絡信息傳輸方法
技術領域：
本發明涉及一種信息傳輸方法，尤其涉及一種空天信息網絡的信息傳輸方法。
背景技術：
空天信息網絡是一種包含了各種衛星、高空通信平臺、各種飛機、飛行器以及地面通信站等不同種類、不同特性通信系統的綜合網絡。可作為災難、戰爭環境下的應急通信系統，也可作為傳統通信網絡的擴展，為異構網絡的融合提供支持，具有廣闊的應用前景。在空天信息網絡中，各類衛星和高空通信平臺覆蓋範圍大，位置穩定(高空通信平臺)或具有規律性(衛星)，它們構成網絡的骨幹節點，負責網絡的管理和信息傳輸。各種飛機、飛行器以及地面上的固定站點或者人員、車輛，作為網絡的用戶節點，通過骨幹節點進行彼此之間的數據傳輸。在網絡的骨幹節點中，衛星通信系統覆蓋範圍大，並且適合廣播通信，因此空天信息網絡中的主要功能是監測、收集網絡狀態信息，實現對整個網絡的管理。在高空通信平臺之間鏈路損壞或者用戶與高空通信平臺之間鏈路損壞時，衛星系統為節點之間的通信提供中繼服務。高空通信平臺(飛艇、氣球)位置相對固定，多個高空通信平臺組成一個拓撲結構相對穩定的網絡，負責在一定的覆蓋區域內中繼來自衛星和用戶的信息。高空通信平臺之間可以直接通信或者通過多跳方式進行通信。由於衛星的高度很高(例如靜止軌道衛星高度為35786千米)，直接通過衛星進行地面用戶之間的信息中繼需要較大的功率，並且延時也比較大(往返延時為250j80ms)。而高空通信平臺的高度一般為20-50千米，遠遠低於衛星的高度，可以收到衛星監聽不到的低功率信號，並且高空通信平臺與地面的路徑損耗較小，比靜止軌道衛星少70多dB。因此地面用戶以及飛機之間的通信儘量利用高空通信平臺進行中繼，便於用戶數據的實時傳輸和終端天線的小型化。目前針對空天信息網絡路由技術的研究處於起步階段，現有研究成果較少。與之相近的路由技術包括無線自組網路由技術、衛星網絡路由技術。由於網絡結構特點的不同， 這些路由技術難以在空天信息網絡中得到很好的應用。無線自組網路由技術主要分為表驅動路由協議和按需路由協議。表驅動路由協議中，各節點自身保存到所有其他節點的路由表，通過節點之間定期的信息交換，更新路由表信息，當有數據要發送時，直接根據路由表進行轉發。按需路由協議中，節點在發送數據之前，先通過控制信息的交換查找到目的節點的路由，然後按照此路由轉發數據。衛星網絡路由技術主要是利用衛星運動的規律性，將衛星的運動周期劃分為多個時隙，在每個時隙中認為衛星的位置保持不變，形成一系列的靜止路由，在進行數據傳輸時，根據所處的時隙，按照相應的靜止路由進行轉發。空天信息網絡具有以下特點
1、骨幹節點拓撲具有規律性，但是部分用戶位置高速動態變化，不可預測。2、用戶之間通過骨幹節點採用多跳方式傳輸數據。
3、節點間距離遠，數據傳播延時不可忽略。因此現有的無線自組網路由技術和衛星網絡路由技術在空天信息網絡中應用會出現以下問題
路由開銷大如果採用無線自組網中的表驅動路由，網絡節點需要定期進行信息交換， 更新路由信息。由於空天信息網絡中的衛星和飛行器等節點運動速度快，位置變化相當頻繁。為保證路由信息的正確，網絡節點需要頻繁地進行信息交換來獲得最新的路由信息。導致了大量的路由開銷，浪費了有限的網絡資源。數據延時大如果採用無線自組網中的按需路由協議，網絡節點只在有數據要傳輸時才進行路由的查找，減小了路由開銷，但是由於網絡節點之間距離遠，數據的傳播延時不可忽略，因此路由查找過程將增大數據傳輸的延時，降低傳輸效率。可靠性差由於空天信息網絡所服務的用戶不僅包括傳統的地面用戶，還包括高速運動的飛機、飛行器等用戶，網絡的拓撲結構具有隨機性、動態性等特點。單純依靠衛星運動規律劃分一系列靜態拓撲的路由方法難以正確反映整個網絡的拓撲情況，並提供可靠的路由信息。
發明內容
本發明解決的技術問題是提供一種空天信息網絡信息傳輸方法，克服現有的無線自組網路由技術和衛星網絡路由技術在空天信息網絡中應用會出現路由開銷大、數據延時大、可靠性差的技術問題。本發明的技術方案是提供一種空天信息網絡信息傳輸方法，所述空天信息網絡包括骨幹節點、用戶節點，包括如下步驟
網絡編址構建空天信息網絡的地址結構，所述網絡層包頭的地址結構包括發送數據的源用戶節點地址、接收數據的目的用戶節點地址、源用戶接入的源骨幹節點地址與目的用戶接入的目的骨幹節點地址，所述源骨幹節點地址與目的骨幹節點地址在構建空天信息網絡時分配，所述源用戶節點地址、目的用戶節點地址在用戶加入空天信息網絡時分配； 接收信息接收待傳輸的數據；
用戶查找空天信息網絡的骨幹節點在其覆蓋範圍內構成一個子網，骨幹節點構建其已知的骨幹節點和用戶的對應關係，當有數據要發送到用戶時，發送數據的骨幹節點查找數據目的用戶所在的子網；
信息發送發送數據的骨幹節點根據找到的目的用戶所在的子網計算發送數據的骨幹節點與目的用戶的骨幹節點的路由，並將目的骨幹節點地址寫入數據的網絡層包頭，然後根據路由發送數據。本發明的進一步技術方案是在網絡編址步驟中，所述源骨幹節點地址與目的骨幹節點地址均分別採用10位來編址。本發明的進一步技術方案是在網絡編址步驟中，所述空天信息網絡的地址結構還包括源用戶類型和目的用戶類型。本發明的進一步技術方案是在用戶查找步驟中，發送數據的源骨幹節點查找數據目的用戶所在的子網包括如下步驟發送查詢信息發送數據的源骨幹節點發送子網查詢信息；
接收查詢信息收到子網查詢信息的骨幹節點通過源用戶節點地址和目的用戶節點地址以及序列號判斷是否接收過該查詢信息，若接收過則不做處理，否則判斷目的用戶是否在自身的子網內，如果目的用戶不在自己的子網內，則轉發此查詢信息；若收到查詢信息的骨幹節點發現目的用戶在自己的子網之內，向最開始發送子網查詢信息的源骨幹節點回復子網應答消息。本發明的進一步技術方案是在用戶查找步驟中，子網查詢信息及子網應答消息在傳輸過程中經過的骨幹節點將其中的源骨幹節點和源用戶節點以及目的骨幹節點和目的用戶節點信息記錄在自身保存的用戶與骨幹節點關係表中。本發明的進一步技術方案是在用戶查找步驟中，對於固定用戶或者低速移動用戶，當用戶註冊到某個骨幹節點子網時，該骨幹節點發送子網更新消息，將此信息通知所有骨幹節點。本發明的進一步技術方案是在用戶查找步驟中，對於高速移動用戶，在有數據需要發送的時候啟動用戶的查找過程。本發明的進一步技術方案是參與數據轉發的骨幹節點根據網絡層包頭中的源骨幹節點地址和目的骨幹節點地址計算路由，並繼續轉發數據。本發明的進一步技術方案是在空天信息網絡信息傳輸方法中還包括當用戶在不同子網之間進行切換時進行路由重建，所述路由重建包括如下步驟
在新骨幹節點註冊當用戶在不同子網之間進行切換時，即從舊的骨幹節點子網切換到新的骨幹節點子網，用戶在新骨幹節點進行註冊；
取消註冊新骨幹節點發送取消註冊信息，通知舊骨幹節點刪除用戶的註冊信息； 路由重建舊骨幹節點將收到的取消註冊信息發給源骨幹節點，通知源骨幹節點進行路由重建，由源骨幹節點進行路由重建；
本發明的進一步技術方案是在路由重建步驟中，若源骨幹節點與目的用戶的新的路由還未建立起來，源骨幹節點會繼續將數據發送給舊骨幹節點，由舊骨幹節點將此數據轉發給新骨幹節點，再由新骨幹節點轉發給用戶。本發明的技術效果是本發明一種空天信息網絡信息傳輸方法，針對空天信息網絡特點設計了一種可行的路由解決方案，包括網絡編址、用戶查找、數據轉發和路由維護過程。該方案能夠適應網絡用戶高速移動和頻繁切換的動態環境，具有可靠性高、延時小、路由開銷小等特點，為空天信息網絡的數據轉發提供了一種可行的解決方法。此發明技術方案中的網絡編址方法可以方便中繼節點識別數據源端和目的端的用戶和骨幹節點，減少路由表存儲空間，並減少由骨幹節點進行頻繁的用戶地址分配和回收造成的網絡開銷。用戶查找方法中針對用戶的不同移動性，分別採用按需查找和實時更新的方法確定用戶所在的子網。減小了高速移動用戶的路由開銷，避免固定或低速移動用戶路由建立過程中的延時。 本發明技術方案中通過部分路由重建和全路由重建相結合的方式保證用戶在子網間切換時數據傳輸的連續性，提高路由的可靠性，並且使數據傳輸快速恢復到最優路徑。
圖1為本發明流程圖。圖2為本發明目的用戶查找過程示意圖。圖3為本發明優選實施方式流程圖。圖4為本發明路由重建流程圖。圖5為本發明切換時的路由維護示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，對本發明技術方案進一步說明。如圖1所示，本發明的具體實施方式
是提供一種空天信息網絡信息傳輸方法，所述空天信息網絡包括骨幹節點、用戶節點，包括如下步驟
步驟100 網絡編址，即構建空天信息網絡的地址結構，所述網絡層包頭的地址結構包括發送數據的源用戶節點地址、接收數據的目的用戶節點地址、源用戶接入的源骨幹節點地址與目的用戶接入的目的骨幹節點地址，所述源骨幹節點地址與目的骨幹節點地址在構建空天信息網絡時分配，所述源用戶節點地址、目的用戶節點地址在用戶加入空天信息網絡時分配。具體實施過程如下本發明網絡編址對傳統的網絡層包頭的地址結構進行了修改，設計了空天信息網絡的地址結構，包括了源用戶、目的用戶和源骨幹節點與目的骨幹節點信息，以及節點類型信息，如表1所示。本發明中，所述源骨幹節點為發送數據的源用戶所接入的骨幹節點，目的骨幹節點是數據的目的用戶所接入的骨幹節點。表1網絡層包頭地址結構設計
權利要求
1.一種空天信息網絡信息傳輸方法，所述空天信息網絡包括骨幹節點、用戶節點，包括如下步驟網絡編址構建空天信息網絡的地址結構，所述網絡層包頭的地址結構包括發送數據的源用戶節點地址、接收數據的目的用戶節點地址、源用戶接入的源骨幹節點地址與目的用戶接入的目的骨幹節點地址，所述源骨幹節點地址與目的骨幹節點地址在構建空天信息網絡時分配，所述源用戶節點地址、目的用戶節點地址在用戶加入空天信息網絡時分配；接收信息接收待傳輸的數據；用戶查找空天信息網絡的骨幹節點在其覆蓋範圍內構成一個子網，骨幹節點構建其已知的骨幹節點和用戶的對應關係，當有數據要發送到用戶時，發送數據的骨幹節點查找數據目的用戶所在的子網；信息發送發送數據的骨幹節點根據找到的目的用戶所在的子網計算發送數據的骨幹節點與目的用戶的骨幹節點的路由，並將目的骨幹節點地址寫入數據的網絡層包頭，然後根據路由發送數據。
2.根據權利要求1所述的空天信息網絡信息傳輸方法，其特徵在於，在網絡編址步驟中，所述源骨幹節點地址與目的骨幹節點地址均分別採用10位來編址。
3.根據權利要求1所述的空天信息網絡信息傳輸方法，其特徵在於，在網絡編址步驟中，所述空天信息網絡的地址結構還包括源用戶類型和目的用戶類型。
4.根據權利要求1所述的空天信息網絡信息傳輸方法，其特徵在於，在用戶查找步驟中，發送數據的源骨幹節點查找數據目的用戶所在的子網包括如下步驟發送查詢信息發送數據的源骨幹節點發送子網查詢信息；接收查詢信息收到子網查詢信息的骨幹節點通過源用戶節點地址和目的用戶節點地址以及序列號判斷是否接收過該查詢信息，若接收過則不做處理，否則判斷目的用戶是否在自身的子網內，如果目的用戶不在自己的子網內，則轉發此查詢信息；若收到查詢信息的骨幹節點發現目的用戶在自己的子網之內，向最開始發送子網查詢信息的源骨幹節點回復子網應答消息。
5.根據權利要求4所述的空天信息網絡信息傳輸方法，其特徵在於，在用戶查找步驟中，子網查詢信息及子網應答消息在傳輸過程中經過的骨幹節點將其中的源骨幹節點和源用戶節點以及目的骨幹節點和目的用戶節點信息記錄在自身保存的用戶與骨幹節點關係表中。
6.根據權利要求1所述的空天信息網絡信息傳輸方法，其特徵在於，在用戶查找步驟中，對於固定用戶或者低速移動用戶，當用戶註冊到某個骨幹節點子網時，該骨幹節點發送子網更新消息，將此信息通知所有骨幹節點。
7.根據權利要求1所述的空天信息網絡信息傳輸方法，其特徵在於，在用戶查找步驟中，對於高速移動用戶，在有數據需要發送的時候啟動用戶的查找過程。
8.根據權利要求1所述的空天信息網絡信息傳輸方法，其特徵在於，參與數據轉發的骨幹節點根據網絡層包頭中的源骨幹節點地址和目的骨幹節點地址計算路由，並轉發數據。
9.根據權利要求1所述的空天信息網絡信息傳輸方法，其特徵在於，在空天信息網絡信息傳輸方法中還包括當用戶在不同子網之間進行切換時進行路由重建，所述路由重建包括如下步驟在新骨幹節點註冊當用戶在不同子網之間進行切換時，即從舊的骨幹節點子網切換到新的骨幹節點子網，用戶在新骨幹節點進行註冊；取消註冊新骨幹節點發送取消註冊信息，通知舊骨幹節點刪除用戶的註冊信息； 路由重建舊骨幹節點將收到的取消註冊信息發給源骨幹節點，通知源骨幹節點進行路由重建，由源骨幹節點進行路由重建。
10.根據權利要求9所述的空天信息網絡信息傳輸方法，其特徵在於，在路由重建步驟中，若源骨幹節點與目的用戶的新的路由還未建立起來，源骨幹節點會繼續將數據發送給舊骨幹節點，由舊骨幹節點將此數據轉發給新骨幹節點，再由新骨幹節點轉發給用戶。
全文摘要
本發明涉及一種空天信息網絡信息傳輸方法，包括網絡編址、用戶查找、數據轉發和路由維護過程。該方案能夠適應網絡用戶高速移動和頻繁切換的動態環境，具有可靠性高、延時小、路由開銷小等特點，為空天信息網絡的數據轉發提供了一種可行的解決方法。此發明技術方案中的網絡編址方法可以方便中繼節點識別數據源端和目的端的用戶和骨幹節點，減少路由表存儲空間，並減少由骨幹節點進行頻繁的用戶地址分配和回收造成的網絡開銷。用戶查找方法減小了為高速移動用戶建立路由的開銷，避免了固定或低速移動用戶路由建立過程中的延時。路由維護方法既保證了用戶發生切換時路由重建過程中數據傳輸的連續性，又使數據傳輸能夠快速恢復到最優路徑。
文檔編號H04W8/26GK102271328SQ20111021188
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者吳偉強, 張欽宇, 王偉志, 黃思堯 申請人:哈爾濱工業大學深圳研究生院