一種基於軌道信息預測的移動IPv6接入方法
2023-12-05 12:32:36
專利名稱：一種基於軌道信息預測的移動IPv6接入方法
技術領域：
本發明提出了一種基於軌道信息預測的移動IPv6接入方法，它主要解決非同步 軌道太空飛行器以移動IPv6的方式接入測控站的問題。
背景技術：
目前，我國星上、星地和地面三部分傳輸協議尚未進行一體化設計。在遙感數據傳 輸中需要進行至少2次協議轉換，而在業務測控操作中協議轉換次數更多達5 6次。為 此，需要配置多個協議轉換設備，且這類設備多為定製設備，技術狀態複雜，降低了系統可 靠性和操作維護效率。採用在地面網絡獲得極大成功的IP技術，將促進航天測控網絡協議的統一，減少 天地互操作中不必要的協議轉換，系統效費比，可靠性和傳輸效率等將得到大幅提高。IPv6雖然在設計之初，就充分考慮到了網絡節點的移動性特點，但是標準移動 IPv6技術在複雜的空間鏈路情況下，會因路徑損耗以及大氣損耗等突發情況下而產生誤切 換或者桌球切換。
發明內容
本發明的目的在於避免上述背景技術中在航天應用中的不足之處而提供一種基 於軌道信息預測的移動IPv6接入技術，滿足新一代測控通信網一體化的技術要求。本發明的目的是這樣實現的，它包括步驟①移動節點在初始化階段進行精確地切換時間規劃，並保存預切換節點的節點信 息；②移動節點進入正常工作中，進行數據處理；③到達預定切換時間，由數據鏈路層觸發，將保存在節點緩存中的預接入節點的 基本信息讀入移動節點中，並完成基本信息的切換；④按預測的可用信道，切換到地面基站的可用信道中；⑤將新基站納入到可通信節點緩存中；⑥太空飛行器移動節點與新接入基站認證；⑦太空飛行器移動節點與新接入基站進行關聯，在這裡主要是進行速率，同步工作的 協調商議，完成關聯之後，太空飛行器與地面基站恢復正常通信。其中，一種基於軌道信息預測的移動IPv6接入方法步驟①當中所述的切換時間 規劃包括以下步驟Si、根據太空飛行器與地面基站的基本信息，遍歷所有接入點(AP)的位置信息；S2、由於得到了軌道信息，並且獲知太空飛行器總體通信時間T，那麼根據切換要求的 精度，在整個的通信時間τ上選取N個時間點，將這N個時間點稱為位置信息採樣時間點， 記為TiG = 1，2，3···.N)，其中，T為整個軌道的通信時間，i為採樣時間點，N為整個通信 時間的採樣點的集合；
S3、根據太空飛行器軌道信息，在每一個採樣時刻Ti,遍歷太空飛行器所處位置與所有有可 能接入地面站AP之間的距離，只要判斷太空飛行器在採樣時間點Ti上的擁有最短傳輸距離的 接入AP，就可以找出在當前採樣點上的最佳接入接站，然後選擇出該基站，並記錄此基站的 基本信息；S4、在搜索完全部太空飛行器運行時間T之後，將得到每個採樣時間點Ti上的最佳接 入地面基站，並包括基站基本信息；此時從T1開始，比較相鄰兩個採樣時刻上的基站基本信 息，若發現Tlrt和Tm時間點基站的基本信息不同(主要是BSSID)，則將Tm到Tnrl的時間段 取出，否則將不做任何處理，以此類推，找出所有應該發生切換的時間段Th，然後按切換的 精度要求在Th再均勻設計K個採樣時間點，記為？;y(j = l，2，3…..K)；重複步驟Sl至S3 直到得到足夠精確合理切換時間。本發明相比背景技術具有以下優點1、由於預測式的切換機制確保了太空飛行器在規劃好的切換時間接入制定地面基站 中，這樣就避免了在空間鏈路的複雜情況下因路徑損耗以及大氣損耗以及其他突發情況 下導致誤切換或者桌球切換的可能性，所以軌道預測式的移動IPv6接入協議確保了航天 器的接入的效率與通信安全；2、將基於信號掃描的切換模式改為軌道信息預測式的切換策略可以將整個切換 時間從400-800ms的時間縮短到幾個ms，並且在切換時刻的精確度可以達到10_5秒，這將 大大減小太空飛行器在切換時刻的丟包率並且較短的通信中斷也可以提高通信質量，所以軌道 信息預測式的移動IPv6接入協議確保了太空飛行器接入的準確性及通信質量；3、在軌道信息預測式的移動IPv6切換中太空飛行器按照既定的軌道與切換策略運 行，並在不影響其他層協議性能的前提上簡化了協議，特別是省去了有連接情況下鏈路可 連接性掃描，在切換過程中也避免了太空飛行器與地面基站之間頻繁的信號掃描、信息交互，尤 其降低了太空飛行器的通信負擔。所以軌道預測式的移動IPv6接入協議確保了太空飛行器接入的 穩定性，簡潔性。
圖1是基於軌道信息預測的移動IPv6接入方法數據鏈路層切換流程圖。
具體實施例方式本發明採用軌道信息預測的移動IPv6接入方法，滿足非固定軌道太空飛行器移動 IPv6接入測控設施的要求。基於軌道信息預測的移動切換方案中數據鏈路層切換流程如圖1所示。太空飛行器與地面基站的數據鏈路層切換接入方式既可以是並行使用基於軌道信息 預測的切換接入和現有切換接入的方式，也可以是以基於軌道信息預測的切換接入為主， 現有切換接入為輔的方式。在所提出的基於軌道信息預測的移動切換方案中，定義數據鏈 路層切換完成作為發起網絡層切換的觸發器，並將這類事件稱為二層觸發器(L2Trigger)。 在太空飛行器與接入地面基站正常通信階段利用太空飛行器的軌道信息和地面站位置信息，事先計 算預測太空飛行器與下一個地面站的接入時刻，太空飛行器主動參與，定時主導數據鏈路層切換，切 換接入新地面基站，數據鏈路層切換完成後，利用二層觸發器立即觸發網絡層開始切換。
利用已知的太空飛行器軌道信息和測控站地理位置信息，太空飛行器節點完成數據鏈路層 主動觸發切換機制，即太空飛行器節點在規劃好的預測的切換時間來臨的時候由數據鏈路層首 先觸發切換，並且預先將下一基站的各項參數讀入太空飛行器中(包括基站的數據傳輸速率， 同步時間，可用信道等)，並同時觸發網絡層進行IPv6鄰居發現，路由器發現動作，進行網 絡層連接建立。此部分將移動IP的網絡層切換過程與數據鏈路層切換相結合，利用數據鏈 路層觸發網絡層進行切換，必然將縮短移動節點漫遊的整體切換過程。普通移動IP網絡層切換主要包括三個步驟移動檢測、新轉交地址配置和綁定更 新。移動IP網絡層需要判斷是否發生了切換，才能進行相應處理，這個過程即為移動檢測， 基於軌道信息預測的移動IPv6切換方案中利用數據鏈路層觸發的方法通知網絡層開始發 生切換，這樣可以在連接的最初階段就省去路由器請求報文和路由器通告報文交互通信， 即省去了移動檢測過程，釋放了空間鏈路資源，縮短了時間。由於航天任務的重要性和太空飛行器節點和地面基站的可控性，採用地址協商預留的 方式替代重複地址檢測，簡化轉交地址配置過程，縮短了網絡層切換時的恢復時間。太空飛行器 並不是隨機移動的，太空飛行器和各個地面基站之間的連接是提前獲知的，這個提前獲知的與 地面站連接的先驗信息可以被移動主機用來向家鄉代理註冊，建立隧道，縮短了綁定更新 時間。本發明包括步驟如下①移動節點在初始化階段進行精確地切換時間規劃，並保存預切換節點的節點信 息；(1)根據太空飛行器與地面基站的基本信息，遍歷所有AP的位置信息，該信息包括地 面站的位置信息，BSS ID，可用信道等等；(2)由於得到了軌道信息，並且獲知太空飛行器總體通信時間T，那麼根據切換要求的 精度，在整個的通信時間T上選取N個時間點，將這N個時間點稱為位置信息採樣時間點， 記為 Ti (i = 1,2,3···. N)；(3)根據太空飛行器軌道信息，在每一個採樣時刻Ti,遍歷太空飛行器所處位置與所有有可 能接入地面站AP之間的距離，只要判斷太空飛行器在採樣時間點Ti上的擁有最短傳輸距離的 接入AP，就可以找出在當前採樣點上的最佳接入接站，然後選擇出該基站，並記錄此基站的 基本信息；(4)在搜索完全部太空飛行器運行時間T之後，將得到每個採樣時間點Ti上的最佳接 入地面基站，並包括基站基本信息。此時從T1開始，比較相鄰兩個採樣時刻上的基站基本 信息，若發現Tnri和Tm時間點基站的基本信息不同(主要是BSS ID)，則將Tm到Tnrl的時 間段取出，否則將不做任何處理，以此類推，找出所有應該發生切換的時間段Th，然後按切 換的精度要求在Th再均勻設計K個採樣時間點，記為A,· (j = 1，2，3…..K)。再重複步驟 (1) (3)直到得到足夠精確合理切換時間；②移動節點進入正常工作中，進行數據處理；③到達預定切換時間，由數據鏈路層觸發，將保存在節點緩存中的預接入節點的 基本信息讀入移動節點中，並完成基本信息的切換；對於切換時間的規劃，主要通過太空飛行器軌道信息、太空飛行器運行速度以及太空飛行器實 際通信覆蓋範圍的動態變化綜合得到的；也就是利用太空飛行器的綜合信息合理規劃切換時
5間；④按預測的可用信道，切換到地面基站的可用信道中；⑤將新基站納入到可通信節點緩存中；⑥太空飛行器移動節點與新接入基站認證；⑦太空飛行器移動節點與新接入基站進行關聯，在這裡主要是進行速率，同步工作的 協調商議，完成關聯之後，太空飛行器與地面基站恢復正常通信。
權利要求
一種基於軌道信息預測的移動IPv6接入方法，其特徵在於包括步驟①移動節點在初始化階段進行精確地切換時間規劃，並保存預切換節點的節點信息；②移動節點進入正常工作中，進行數據處理；③到達預定切換時間，由數據鏈路層觸發，將保存在節點緩存中的預接入節點的基本信息讀入移動節點中，並完成基本信息的切換；④按預測的可用信道，切換到地面基站的可用信道中；⑤將新基站納入到可通信節點緩存中；⑥太空飛行器移動節點與新接入基站認證；⑦太空飛行器移動節點與新接入基站進行關聯，在這裡主要是進行速率，同步工作的協調商議，完成關聯之後，太空飛行器與地面基站恢復正常通信。
2.根據權利要求1所述的一種基於軌道信息預測的移動IPv6接入方法，其特徵在於 步驟①當中所述的切換時間規劃包括以下步驟；51、根據太空飛行器與地面基站的基本信息，遍歷所有接入點(AP)的位置信息；；52、由於得到了軌道信息，並且獲知太空飛行器總體通信時間T，那麼根據切換要求的精度， 在整個的通信時間T上選取N個時間點，將這N個時間點稱為位置信息採樣時間點，記為 TiG = 1，2，3···.N)，其中，T為整個軌道的通信時間，i為採樣時間點，N為整個通信時間的 採樣點的集合；；53、根據太空飛行器軌道信息，在每一個採樣時刻Ti,遍歷太空飛行器所處位置與所有有可能接 入地面站AP之間的距離，只要判斷太空飛行器在採樣時間點Ti上的擁有最短傳輸距離的接入 AP，就可以找出在當前採樣點上的最佳接入接站，然後選擇出該基站，並記錄此基站的基本 fn息；；54、在搜索完全部太空飛行器運行時間T之後，將得到每個採樣時間點Ti上的最佳接入地 面基站，並包括基站基本信息；此時從T1開始，比較相鄰兩個採樣時刻上的基站基本信息， 若發現Tnrl和Tm時間點基站的基本信息不同，則將Tm到Tnrl的時間段取出，否則將不做任 何處理，以此類推，找出所有應該發生切換的時間段Th，然後按切換的精度要求在Th再均勻 設計K個採樣時間點，記為A,· (j = 1，2，3…..K)；重複步驟Sl至S3直到得到足夠精確合 理切換時間。
全文摘要
本發明提出了一種基於軌道信息預測的移動IPv6接入方法，它主要解決非同步軌道太空飛行器以移動IPv6的方式接入測控站的問題。它採用軌道信息預測的移動IPv6接入方法，通過太空飛行器軌道信息、地面站精確位置信息以及測控覆蓋範圍的綜合事先計算，預測出太空飛行器與各個地面基站的接入時刻。由太空飛行器根據接入時刻主導與地面基站的切換接入，首先控制數據鏈路層切換，在其切換完成後觸發網絡層開始切換，進而完成太空飛行器切換接入新的地面基站。在切換過程中避免了太空飛行器與地面基站之間頻繁的信號掃描、信息交互，尤其降低了太空飛行器的通信負擔。
文檔編號H04W84/06GK101945453SQ20101024804
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月9日 優先權日2010年8月9日
發明者吳巍, 吳渭, 閆長江 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所