专利名称：一种空天信息网络信息传输方法
技术领域：
本发明涉及一种信息传输方法，尤其涉及一种空天信息网络的信息传输方法。
背景技术：
空天信息网络是一种包含了各种卫星、高空通信平台、各种飞机、飞行器以及地面通信站等不同种类、不同特性通信系统的综合网络。可作为灾难、战争环境下的应急通信系统，也可作为传统通信网络的扩展，为异构网络的融合提供支持，具有广阔的应用前景。在空天信息网络中，各类卫星和高空通信平台覆盖范围大，位置稳定(高空通信平台)或具有规律性(卫星)，它们构成网络的骨干节点，负责网络的管理和信息传输。各种飞机、飞行器以及地面上的固定站点或者人员、车辆，作为网络的用户节点，通过骨干节点进行彼此之间的数据传输。在网络的骨干节点中，卫星通信系统覆盖范围大，并且适合广播通信，因此空天信息网络中的主要功能是监测、收集网络状态信息，实现对整个网络的管理。在高空通信平台之间链路损坏或者用户与高空通信平台之间链路损坏时，卫星系统为节点之间的通信提供中继服务。高空通信平台(飞艇、气球)位置相对固定，多个高空通信平台组成一个拓扑结构相对稳定的网络，负责在一定的覆盖区域内中继来自卫星和用户的信息。高空通信平台之间可以直接通信或者通过多跳方式进行通信。由于卫星的高度很高(例如静止轨道卫星高度为35786千米)，直接通过卫星进行地面用户之间的信息中继需要较大的功率，并且延时也比较大(往返延时为250j80ms)。而高空通信平台的高度一般为20-50千米，远远低于卫星的高度，可以收到卫星监听不到的低功率信号，并且高空通信平台与地面的路径损耗较小，比静止轨道卫星少70多dB。因此地面用户以及飞机之间的通信尽量利用高空通信平台进行中继，便于用户数据的实时传输和终端天线的小型化。目前针对空天信息网络路由技术的研究处于起步阶段，现有研究成果较少。与之相近的路由技术包括无线自组网路由技术、卫星网络路由技术。由于网络结构特点的不同， 这些路由技术难以在空天信息网络中得到很好的应用。无线自组网路由技术主要分为表驱动路由协议和按需路由协议。表驱动路由协议中，各节点自身保存到所有其他节点的路由表，通过节点之间定期的信息交换，更新路由表信息，当有数据要发送时，直接根据路由表进行转发。按需路由协议中，节点在发送数据之前，先通过控制信息的交换查找到目的节点的路由，然后按照此路由转发数据。卫星网络路由技术主要是利用卫星运动的规律性，将卫星的运动周期划分为多个时隙，在每个时隙中认为卫星的位置保持不变，形成一系列的静止路由，在进行数据传输时，根据所处的时隙，按照相应的静止路由进行转发。空天信息网络具有以下特点
1、骨干节点拓扑具有规律性，但是部分用户位置高速动态变化，不可预测。2、用户之间通过骨干节点采用多跳方式传输数据。
3、节点间距离远，数据传播延时不可忽略。因此现有的无线自组网路由技术和卫星网络路由技术在空天信息网络中应用会出现以下问题
路由开销大如果采用无线自组网中的表驱动路由，网络节点需要定期进行信息交换， 更新路由信息。由于空天信息网络中的卫星和飞行器等节点运动速度快，位置变化相当频繁。为保证路由信息的正确，网络节点需要频繁地进行信息交换来获得最新的路由信息。导致了大量的路由开销，浪费了有限的网络资源。数据延时大如果采用无线自组网中的按需路由协议，网络节点只在有数据要传输时才进行路由的查找，减小了路由开销，但是由于网络节点之间距离远，数据的传播延时不可忽略，因此路由查找过程将增大数据传输的延时，降低传输效率。可靠性差由于空天信息网络所服务的用户不仅包括传统的地面用户，还包括高速运动的飞机、飞行器等用户，网络的拓扑结构具有随机性、动态性等特点。单纯依靠卫星运动规律划分一系列静态拓扑的路由方法难以正确反映整个网络的拓扑情况，并提供可靠的路由信息。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种空天信息网络信息传输方法，克服现有的无线自组网路由技术和卫星网络路由技术在空天信息网络中应用会出现路由开销大、数据延时大、可靠性差的技术问题。本发明的技术方案是提供一种空天信息网络信息传输方法，所述空天信息网络包括骨干节点、用户节点，包括如下步骤
网络编址构建空天信息网络的地址结构，所述网络层包头的地址结构包括发送数据的源用户节点地址、接收数据的目的用户节点地址、源用户接入的源骨干节点地址与目的用户接入的目的骨干节点地址，所述源骨干节点地址与目的骨干节点地址在构建空天信息网络时分配，所述源用户节点地址、目的用户节点地址在用户加入空天信息网络时分配； 接收信息接收待传输的数据；
用户查找空天信息网络的骨干节点在其覆盖范围内构成一个子网，骨干节点构建其已知的骨干节点和用户的对应关系，当有数据要发送到用户时，发送数据的骨干节点查找数据目的用户所在的子网；
信息发送发送数据的骨干节点根据找到的目的用户所在的子网计算发送数据的骨干节点与目的用户的骨干节点的路由，并将目的骨干节点地址写入数据的网络层包头，然后根据路由发送数据。本发明的进一步技术方案是在网络编址步骤中，所述源骨干节点地址与目的骨干节点地址均分别采用10位来编址。本发明的进一步技术方案是在网络编址步骤中，所述空天信息网络的地址结构还包括源用户类型和目的用户类型。本发明的进一步技术方案是在用户查找步骤中，发送数据的源骨干节点查找数据目的用户所在的子网包括如下步骤发送查询信息发送数据的源骨干节点发送子网查询信息；
接收查询信息收到子网查询信息的骨干节点通过源用户节点地址和目的用户节点地址以及序列号判断是否接收过该查询信息，若接收过则不做处理，否则判断目的用户是否在自身的子网内，如果目的用户不在自己的子网内，则转发此查询信息；若收到查询信息的骨干节点发现目的用户在自己的子网之内，向最开始发送子网查询信息的源骨干节点回复子网应答消息。本发明的进一步技术方案是在用户查找步骤中，子网查询信息及子网应答消息在传输过程中经过的骨干节点将其中的源骨干节点和源用户节点以及目的骨干节点和目的用户节点信息记录在自身保存的用户与骨干节点关系表中。本发明的进一步技术方案是在用户查找步骤中，对于固定用户或者低速移动用户，当用户注册到某个骨干节点子网时，该骨干节点发送子网更新消息，将此信息通知所有骨干节点。本发明的进一步技术方案是在用户查找步骤中，对于高速移动用户，在有数据需要发送的时候启动用户的查找过程。本发明的进一步技术方案是参与数据转发的骨干节点根据网络层包头中的源骨干节点地址和目的骨干节点地址计算路由，并继续转发数据。本发明的进一步技术方案是在空天信息网络信息传输方法中还包括当用户在不同子网之间进行切换时进行路由重建，所述路由重建包括如下步骤
在新骨干节点注册当用户在不同子网之间进行切换时，即从旧的骨干节点子网切换到新的骨干节点子网，用户在新骨干节点进行注册；
取消注册新骨干节点发送取消注册信息，通知旧骨干节点删除用户的注册信息； 路由重建旧骨干节点将收到的取消注册信息发给源骨干节点，通知源骨干节点进行路由重建，由源骨干节点进行路由重建；
本发明的进一步技术方案是在路由重建步骤中，若源骨干节点与目的用户的新的路由还未建立起来，源骨干节点会继续将数据发送给旧骨干节点，由旧骨干节点将此数据转发给新骨干节点，再由新骨干节点转发给用户。本发明的技术效果是本发明一种空天信息网络信息传输方法，针对空天信息网络特点设计了一种可行的路由解决方案，包括网络编址、用户查找、数据转发和路由维护过程。该方案能够适应网络用户高速移动和频繁切换的动态环境，具有可靠性高、延时小、路由开销小等特点，为空天信息网络的数据转发提供了一种可行的解决方法。此发明技术方案中的网络编址方法可以方便中继节点识别数据源端和目的端的用户和骨干节点，减少路由表存储空间，并减少由骨干节点进行频繁的用户地址分配和回收造成的网络开销。用户查找方法中针对用户的不同移动性，分别采用按需查找和实时更新的方法确定用户所在的子网。减小了高速移动用户的路由开销，避免固定或低速移动用户路由建立过程中的延时。 本发明技术方案中通过部分路由重建和全路由重建相结合的方式保证用户在子网间切换时数据传输的连续性，提高路由的可靠性，并且使数据传输快速恢复到最优路径。
图1为本发明流程图。图2为本发明目的用户查找过程示意图。图3为本发明优选实施方式流程图。图4为本发明路由重建流程图。图5为本发明切换时的路由维护示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。如图1所示，本发明的具体实施方式
是提供一种空天信息网络信息传输方法，所述空天信息网络包括骨干节点、用户节点，包括如下步骤
步骤100 网络编址，即构建空天信息网络的地址结构，所述网络层包头的地址结构包括发送数据的源用户节点地址、接收数据的目的用户节点地址、源用户接入的源骨干节点地址与目的用户接入的目的骨干节点地址，所述源骨干节点地址与目的骨干节点地址在构建空天信息网络时分配，所述源用户节点地址、目的用户节点地址在用户加入空天信息网络时分配。具体实施过程如下本发明网络编址对传统的网络层包头的地址结构进行了修改，设计了空天信息网络的地址结构，包括了源用户、目的用户和源骨干节点与目的骨干节点信息，以及节点类型信息，如表1所示。本发明中，所述源骨干节点为发送数据的源用户所接入的骨干节点，目的骨干节点是数据的目的用户所接入的骨干节点。表1网络层包头地址结构设计
权利要求
1.一种空天信息网络信息传输方法，所述空天信息网络包括骨干节点、用户节点，包括如下步骤网络编址构建空天信息网络的地址结构，所述网络层包头的地址结构包括发送数据的源用户节点地址、接收数据的目的用户节点地址、源用户接入的源骨干节点地址与目的用户接入的目的骨干节点地址，所述源骨干节点地址与目的骨干节点地址在构建空天信息网络时分配，所述源用户节点地址、目的用户节点地址在用户加入空天信息网络时分配；接收信息接收待传输的数据；用户查找空天信息网络的骨干节点在其覆盖范围内构成一个子网，骨干节点构建其已知的骨干节点和用户的对应关系，当有数据要发送到用户时，发送数据的骨干节点查找数据目的用户所在的子网；信息发送发送数据的骨干节点根据找到的目的用户所在的子网计算发送数据的骨干节点与目的用户的骨干节点的路由，并将目的骨干节点地址写入数据的网络层包头，然后根据路由发送数据。
2.根据权利要求1所述的空天信息网络信息传输方法，其特征在于，在网络编址步骤中，所述源骨干节点地址与目的骨干节点地址均分别采用10位来编址。
3.根据权利要求1所述的空天信息网络信息传输方法，其特征在于，在网络编址步骤中，所述空天信息网络的地址结构还包括源用户类型和目的用户类型。
4.根据权利要求1所述的空天信息网络信息传输方法，其特征在于，在用户查找步骤中，发送数据的源骨干节点查找数据目的用户所在的子网包括如下步骤发送查询信息发送数据的源骨干节点发送子网查询信息；接收查询信息收到子网查询信息的骨干节点通过源用户节点地址和目的用户节点地址以及序列号判断是否接收过该查询信息，若接收过则不做处理，否则判断目的用户是否在自身的子网内，如果目的用户不在自己的子网内，则转发此查询信息；若收到查询信息的骨干节点发现目的用户在自己的子网之内，向最开始发送子网查询信息的源骨干节点回复子网应答消息。
5.根据权利要求4所述的空天信息网络信息传输方法，其特征在于，在用户查找步骤中，子网查询信息及子网应答消息在传输过程中经过的骨干节点将其中的源骨干节点和源用户节点以及目的骨干节点和目的用户节点信息记录在自身保存的用户与骨干节点关系表中。
6.根据权利要求1所述的空天信息网络信息传输方法，其特征在于，在用户查找步骤中，对于固定用户或者低速移动用户，当用户注册到某个骨干节点子网时，该骨干节点发送子网更新消息，将此信息通知所有骨干节点。
7.根据权利要求1所述的空天信息网络信息传输方法，其特征在于，在用户查找步骤中，对于高速移动用户，在有数据需要发送的时候启动用户的查找过程。
8.根据权利要求1所述的空天信息网络信息传输方法，其特征在于，参与数据转发的骨干节点根据网络层包头中的源骨干节点地址和目的骨干节点地址计算路由，并转发数据。
9.根据权利要求1所述的空天信息网络信息传输方法，其特征在于，在空天信息网络信息传输方法中还包括当用户在不同子网之间进行切换时进行路由重建，所述路由重建包括如下步骤在新骨干节点注册当用户在不同子网之间进行切换时，即从旧的骨干节点子网切换到新的骨干节点子网，用户在新骨干节点进行注册；取消注册新骨干节点发送取消注册信息，通知旧骨干节点删除用户的注册信息； 路由重建旧骨干节点将收到的取消注册信息发给源骨干节点，通知源骨干节点进行路由重建，由源骨干节点进行路由重建。
10.根据权利要求9所述的空天信息网络信息传输方法，其特征在于，在路由重建步骤中，若源骨干节点与目的用户的新的路由还未建立起来，源骨干节点会继续将数据发送给旧骨干节点，由旧骨干节点将此数据转发给新骨干节点，再由新骨干节点转发给用户。
全文摘要
本发明涉及一种空天信息网络信息传输方法，包括网络编址、用户查找、数据转发和路由维护过程。该方案能够适应网络用户高速移动和频繁切换的动态环境，具有可靠性高、延时小、路由开销小等特点，为空天信息网络的数据转发提供了一种可行的解决方法。此发明技术方案中的网络编址方法可以方便中继节点识别数据源端和目的端的用户和骨干节点，减少路由表存储空间，并减少由骨干节点进行频繁的用户地址分配和回收造成的网络开销。用户查找方法减小了为高速移动用户建立路由的开销，避免了固定或低速移动用户路由建立过程中的延时。路由维护方法既保证了用户发生切换时路由重建过程中数据传输的连续性，又使数据传输能够快速恢复到最优路径。
文档编号H04W8/26GK102271328SQ20111021188
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者吴伟强, 张钦宇, 王伟志, 黄思尧 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院