Ilmumiskuupäev: 2021-12-28Autori allikas: KinghelmVaated ： 5113
Tänu oma laiale levialale ja suurele töökindlusele on satelliitsidesüsteemil üha olulisem roll ühiskonna arengu ja riigielu kõigis aspektides. Maailma suuremad riigid võistlevad ka kosmoseinfrastruktuuri kasutuselevõtu ja kosmosepõhiste sidevõrkude ehitamise nimel. Satelliitsidesüsteemi ja Interneti sügava integreerimisega on satelliit-Internet muutunud kosmosepõhise teabeedastussüsteemi oluliseks osaks. Viimastel aastatel kiiresti reklaamitud suuremahulised satelliitide konstellatsioonisüsteemid, nagu Starlink ja oneweb, on satelliit-Interneti tüüpilised esindajad. Kuna satelliit-Interneti struktuur muutub üha keerulisemaks, muutuvad mastaabid ja investeeringud üha suuremaks. Satelliit-Interneti valdkonnas on oluline teema, kuidas selle potentsiaali täielikult ära kasutada ja tõhusalt rakendada. Marsruutimistehnoloogia ei ole mitte ainult põhitehnoloogia satelliit-Interneti sõlmede vahelise ühenduse tagamiseks, vaid ka oluline satelliit-interneti uurimissuund.
Satelliit-Interneti kosmosesõlmed sisaldavad sageli mitut LEO satelliiti. Nende LEO satelliitide ning satelliitide ja maa vahel toimub kiire suhteline liikumine, mistõttu on kogu võrgu topoloogial ajas muutuvad omadused. Seetõttu ei saa maapealses võrgus tavaliselt kasutatavat staatilisel topoloogial põhinevat marsruutimisstrateegiat satelliit-Internetis otse kasutada. Varased satelliidivõrgud võtsid peamiselt kasutusele "hetktõmmise tehnoloogia"
[1-2], et realiseerida rongisisest marsruutimist ja edastamist, st virtuaalsel topoloogial põhinevat tsentraliseeritud marsruutimismehhanismi, arvutab ja genereerib maapealse iga ajalõigu edastamistabeli, salvestab edastamistabelid kõigis ajalõikudes. satelliiti ja värskendab neid regulaarselt. Satelliitide arvu suurenemisega toob see suuri väljakutseid virtuaalsel topoloogial põhinevale staatilisele diskreetse aja viilutehnoloogiale. Seetõttu toob sagedane linkide vahetamine kaasa satelliidile salvestatud ja hooldatavate marsruutimistabelite ulatuse järsu suurenemise. Selle probleemi lahendamiseks, et pardal olev marsruutimistabel on liiga suur, saab kasutada satelliidi suhtelise asukoha teavet, seega saab marsruutimise adresseerimiseks kasutada satelliidi suhtelist asukohta samal orbiidi kõrgusel [3].
Samamoodi saab asukoha ideed kasutades ja geograafilisel asukohateabe adresseerimisel põhinevat IP-aadressistrateegiat omaks võttes saada IP-aadressi abil sihtkoha aadressi asukohateavet ja arvutada selle suhtelise orientatsiooni. Selle optimaalse edastamisliidese saab andmepakettide edastamise ruumisõlmes, mis ei vaja olekuteabe vahetamist naabrite vahel [4], mis võib vähendada signaalimise üldkulusid satelliidivõrgus. Eespool kirjeldatakse vaid lühidalt praeguseid satelliidivõrgu marsruutimise uuringuid. Selle artikli järgmises osas tehakse kokkuvõte satelliit-interneti marsruutimise tehnoloogiast, võetakse süstemaatiliselt kokku erinevad satelliitvõrgul põhinevad marsruutimise strateegiad ja võetakse see põhisuunana satelliit-Interneti marsruutimise uurimisseisu ja edasise arengusuuna tutvustamiseks.
Satelliitsidevõrgust tuletatud teabeedastussüsteemina on satelliit-Internet süsteemi koostiselt sarnane tavapärase satelliitsidevõrguga, sealhulgas kosmosesegment, maapealne segment ja kasutajasegment. Satelliitsidevõrgu süsteemi struktuur on näidatud joonisel 1.
Joonis fig 1 satelliitsidevõrgu süsteemi struktuur
Kosmosesegment koosneb sidesatelliitidest. Satelliidi orbiidi saab jagada Leo (madal orbiit), MEO (keskmise maa orbiit), geo (geostatsionaarne orbiit) või IGSO (kald geosünkroonne orbiit). Erinevat tüüpi rongisiseste koormuste järgi võib sidesatelliit kasutada läbipaistva relee või pardal oleva töötluse töörežiimi.
Maapealne sektsioon sisaldab lüüsijaama, võrguhalduskeskust, Interneti-juurdepääsu ja muid funktsionaalseid üksusi. Kasutajasegment hõlmab erinevaid kasutajaterminali seadmeid ja rakendusstsenaariumide tugiseadmeid.
Satelliitsidevõrgu ja maapealse võrgu, eriti 5g mobiilsidesüsteemi kui süsteemi sügava integreerimisega on satelliitsidevõrgu ja 5g mobiilsidevõrgu üldine kaalumine tulevikus infovõrgu oluline suund. Lisaks edeneb pidevalt ka Hiina taeva ja maa integreeritud võrgu ehitamine. Taeva-maa integreeritud võrgu süsteemi struktuur on näidatud joonisel 2 [5-6].
Joonis 2 taeva ja maa integreeritud võrgu süsteemi struktuur
Satelliit-Interneti võrgustruktuur on keeruline ja hõlmab paljusid võrguüksusi. Esmane lahendus on võrgu sõlmede vaheline ühendus. Seetõttu on marsruutimistehnoloogia oluline tehnoloogia, mis tagab teabe usaldusväärse ja tõhusa edastamise satelliit-Internetis, ning see on ka käesoleva artikli põhisisu. Ruumisegmendi arhitektuuri poolest võib võrgu jagada ühe- ja mitmekihilisteks konstellatsioonistruktuurideks, millest tuleb selles osas eraldi juttu.
Ühekihilise tähtkuju süsteemi kosmosesegmendi satelliidid on paigutatud samal orbitaalkõrgusele ja koosnevad ühest või mitmest orbitaaltasandist. Iga satelliit on üldiselt varustatud satelliitidevahelise ühendusega, mis suudab suhelda külgnevate satelliitidega samal orbiiditasandil ja erineval orbiiditasandil. Samal ajal saab satelliit suhelda maapealse lüüsijaama ja kasutajajaamaga vastavalt toitelingi ja kasutajalingi kaudu, et moodustada mitme lingiga keerukas taeva-maa sidesüsteem. Selle struktuur on näidatud joonisel 3.
Joonis fig 3 ühekihilise konstellatsiooni satelliit-interneti struktuur
Ühekihilisel konstellatsioonisüsteemil põhineva marsruutimisstrateegia uurimisel ruumSegmendi tähtkujuks on sageli LEO tähtkuju, sealhulgas taevalik tähtkuju [7-8], globaaltäht nagu tähtkuju [9], iriidiumi tähtkuju [10] jne. Need tähtkujud koosnevad mitmest orbitaaltasandist ja kümnetest satelliitidest. Tähtkuju satelliidisõlmede puhul võetakse nende ühenduvus täielikult arvesse. Igal sõlmel on sageli neli satelliitidevahelist ühendust, mis on omavahel ühendatud lähima nelja naabersõlmega, sealhulgas kaks naabersõlme samal orbiiditasandil ja kaks naabersõlme erinevatel orbiiditasanditel [7-8, 11-12]. Lisaks käsitlevad mõned uuringud ainult mitmest geosatelliidist koosnevat ühekihilist tähtkuju [13].
LEO-satelliitide vahelise suhtelise kiire liikumise tõttu muutub satelliidisõlmedest koosnev ruumiline topoloogia aja jooksul. Selle topoloogia ajas muutuv omadus on oluline tegur, mida tuleb marsruutimisalgoritmi kavandamisel arvesse võtta. Ruumilise topoloogia dünaamika varjestamiseks ja ülemise kihi jaoks läbipaistvaks muutmiseks võib kasutusele võtta virtuaalse sõlme kontseptsiooni [9,14], nii et satelliitvõrgu marsruutimisalgoritmi saab kanda fikseeritud topoloogiaga virtuaalses võrgus. , mis on mugav marsruutimiskihi algoritmi kujundamiseks. Lisaks dünaamilise varjestuse ideele on olemas ka uuringud tähtkuju omaduste, näiteks kallutatud delta LEO tähtkuju kvaasiinvariantsete omaduste ärakasutamiseks, asukohapõhise marsruutimise strateegia kasutuselevõtmiseks ja surnud nurga probleemi lahendamiseks. [11]. Surnud nurk on tingitud satelliitidevahelise ümberlülituse arvestamisest, et saada sama satelliidi teenust kõige kauem. Maapealse jaama juurdepääs ei pruugi olla lähima satelliidi põhjustatud sihtpunkti kättesaamatu probleem. Kuigi ruumilise sõlme topoloogia on ajas muutuv, võetakse arvesse süsteemi otsast lõpuni viivitust, mille vahetusintervall on palju suurem kui sadu millisekundeid, mõned uuringud siiski marsruudi avastamise etapis üleujutusstrateegiat ja kasutavad koostööd maapealsed jaamad, et vähendada pardal olevatele ladustamisnõuetele esitatavaid nõudeid [9].
Erinevalt paljudest traditsioonilistest marsruutimisuuringutest, mis kasutavad satelliidi töö prognoositavust ja kasutavad ajaliselt diskreetse graafiku mudelit, on Li et al. [15] pakkus välja ajalise võrgumudeli (TNM), et kirjeldada suuremahulise väikese satelliitsüsteemi ajas muutuvat topoloogiat. Idee on jagada kogu ruum väikeseks ruumiks ehk ruudustikuks ning satelliit saab võrgustikus paikneda. Iga satelliidi koordinaatide asemel konstrueeritakse võrgutopoloogia, et kohaneda juhuslike teenuste marsruutimisega. Sarnaselt võrgujaotuse ideele on Na et al. [10] kasutas LEO satelliidi geograafilise katvuse omadusi piirkonna jaotamiseks, maapealse liikluse kvantitatiivseks analüüsiks ja masinõppemeetodi kasutamiseks satelliidiliikluse ennustamiseks, et pakkuda marsruutimisalgoritmi kavandamisel viiteid.
Mitmekihilise tähtkuju süsteemi kosmosesegment koosneb erineva orbiidi kõrgusega satelliitidest. Erinevatel süsteemidel võivad olla erinevad kombinatsioonid, näiteks mitmekihiline Leo, LEO / GEO, GEO / MEO / LEO hübriidkonstellatsioon jne. mitmekihilisel konstellatsioonil põhinev satelliit-interneti süsteemi struktuur on näidatud joonisel 4.
Joonis 4 Satelliit-Interneti süsteemi struktuur, mis põhineb mitmekihilisel konstellatsioonil
Kuna mitmekihilisel konstellatsioonisüsteemil on keerulisem ruumisegmendi struktuur, on võrgu marsruutimise kavandamisel erinevad kaalutlused. Mitmekihiliste ruumisegmendi struktuuride hulka kuuluvad LEO / MEO kahekihiline struktuur [16–17], LEO / geo kahekihiline struktuur [18], MEO / IGSO kahekihiline struktuur [19], LEO / MEO / geo kolmekihiline hübriidstruktuur [20] jne. Mitmekihiline ruumistruktuur toob marsruutimisstrateegia kujundamisse rohkem vabadust ning marsruutimise kujundamise strateegiad on mitmekesisemad. Näiteks tööjaotuse aluseks on kaugus. Lühikese vahemaa puhul kasutatakse marsruutimiseks ainult Leo kihti, pika vahemaa puhul aga MEO kihti [16]. Mitmekihiliste satelliitide vaheline koostöö võib põhineda ka viivitusel või lingi ülekoormusel. Jiangi jt poolt vastu võetud marsruutimisstrateegia. [18] seisneb selles, et satelliitidevaheline ühendus geo ja lõvi vahel aktiveeritakse ainult siis, kui lõvi marsruutimise hüpped ületavad läve (lävi määratakse vastavalt lõpp-otsa viitele) või toimub blokeerimine ja seejärel geokiht. liitub marsruutimisega.
Mitmekihilises ruumisegmendi struktuuris on suur hulk satelliite. Marsruutimisstrateegia uurimisel saab juhtimiseks kasutada rühmitamist. Yi et al. [19] võttis kosmosesegmendiks MEO / IGSO hübriidkonstellatsiooni ja jagas satelliidisõlmed kolme rühma. Kõik samal orbitaaltasandil olevad MEO satelliidid kuuluvad ühte gruppi ja iga IGSO satelliit vastavalt ruumilisele suhtele ühte rühma. Kolm rühma moodustavad superrühma, kõik maapealse juhtimiskeskuse juhtimise all. Iga rühm valib klastri pea vastavalt selle kaugusele maapealsest juhtimiskeskusest ja teised on rühma liikmed. Rühma ja maapealse juhtimiskeskuse vaheline suhtlus peab toimuma kobarpea kaudu. Haldamise osas toimivad kõik ruumis olevad sõlmed maapealse juhtimiskeskuse liigesõlmedena. Tegelikult kasutab süsteem tsentraliseeritud marsruutimisstrateegiat, mis põhineb dünaamilisel rühmitamisel.
Lisaks rühmitamisele saab ruumiliste sõlmede vahelise hierarhilise struktuuri tõttu ruumilise marsruutimise strateegia realiseerimiseks kasutada ka iga kihi tööjaotuse ja koostöö viisi. Leo-, MEO- ja geosatelliitidest koosneva mitmekihilise kosmosesegmendi satelliidisüsteemi puhul, arvestades LEO-satelliitide suurt hulka, on Akyildiz et al. [20] rühmitasid LEO satelliidid, pidasid igat rühma sõlmeks ja võtsid kasutusele loogilise asukoha kontseptsiooni, et eraldada LEO satelliitide mobiilsus ülemise kihi protokollist, nii et ülemise kihi protokolli disain ei võta arvesse Leo liikuvust. on realiseeritud protokolli ülemise ja alumise kihi lahtisidumine. Geokiht peidab Leo spetsiifilist topoloogiat, mis võib vähendada arvutuslikku keerukust ja hõlbustada marsruutimistabeli arvutamist. GEO Satellite kasutab võrgus marsruutimistabeli arvutamiseks ja MEO satelliidile levitamiseks lühima tee algoritmi. MEO satelliit loob LEO satelliidi jaoks marsruutimistabeli ja levitab selle LEO satelliidile, et luua kogu kosmosevõrgu marsruutimisteave.
Rakendada saab ka mõningaid hiljutistes uuringutes tehtud uusi võrgustruktuuri tehnoloogiaidMitmekihiliste satelliitvõrkude jaoks, näiteks SDN (Software Defined Network) tehnoloogia. Wang et al. [21] pakkus välja SDN-i arhitektuuri, mis põhineb GEO / MEO / LEO kolmekihilisel ruumisegmendil, milles GEO kui tipptaseme juhtsõlm vastutab optimeeritud sidelingi ja ressursside ajastamise arvutamise eest. Abiteena aitab MEO satelliit GEO Satellite'il koguda teavet maapealsete ja LEO satelliidi läheduses olevate sihtmärkide kohta. LEO satelliit vastutab GEO satelliidilt käskude vastuvõtmise ja teabe edastamise funktsiooni täitmise eest.
Lisaks on viimastel aastatel kuuma uurimisvaldkonnana taeva-maa integreeritud võrgul sageli mitmekihiline ruumiline struktuur, mistõttu käsitletakse selles jaotises ka selle marsruutimise probleemi. Süsteemi arhitektuur, mille on välja pakkunud pace jt. [22] on maapealne integreeritud võrk, mis hõlmab maakihti, keskkihti ja satelliidikihti. Pakutud marsruutimisalgoritm on leida minimaalsete hüpetega kandidaatteede rühm ja valida lõplikuks marsruutimisteeks minimaalse ülekoormusega tee. Seetõttu muudetakse marsruutimise probleem optimeerimisprobleemiks, see tähendab, et minimeerida kõige aktiivsema lingi kasutamist ja saavutada võrgu koormuse tasakaal. Yang et al. [23] Püüdes probleemile, et maa peal edukalt rakendatud marsruutimisprotokoll ei saa taeva ja maa integreeritud võrgus tõhusalt toimida, pakkus satelliidi liikumise prognoositavust kasutades välja topoloogia avastamise alamkihi kontseptsiooni, et vältida suure ülekande edastamist. marsruutimissõnumite arv.
Võrreldes maapealse sidevõrguga on satelliit-Interneti võrgutopoloogia ajaliselt muutuv ning pardal olevad salvestusruumid, andmetöötlus ja võimsus on piiratud. Seetõttu ei saa olemasolevaid maapealse sidevõrgu marsruutimise strateegiaid satelliitsidevõrgus otseselt rakendada. Paljud uuringud on läbi viinud vastava marsruutimisstrateegia uurimise vastavalt satelliidivõrgu omadustele [24]. Satelliidi marsruutimisalgoritmid võtavad üldiselt arvesse mõningaid peamisi jõudlusi, nagu viivitus, ribalaius, andmepakettide kadumise määr, töökindlus ja ressursside kasutamine. Need peamised esitused klassifitseeritakse ja arutatakse selles jaotises.
Satelliidi Interneti-marsruutimise strateegia uurimine võtab optimeerimiseesmärkidena sageli ühe või mitme jõudluse, mis on seotud QoS-iga (teenuse kvaliteet), mida sageli nõuavad konkreetsed teenused, nagu viivitus, ribalaius, andmepakettide kadumise määr ja nii edasi.
Viivitus viitab sageli marsruudiuuringute otspunktile viivitamisele. Viivituse minimeerimine on paljude marsruutimisstrateegiate optimeerimise eesmärk. Lisaks, kui teenuse QoS nõuab viivitust, peab lõpp-otsa viivitus vastama sellele nõudele, mida saab väljendada järgmiselt.
kus p (SRC, DES) tähistab planeeritud marsruuti allikast sihtkohta, mis võib koosneda mitmest üksikust hüpelingist; (U, V) tähistab üksikut hüppelinki ning üksiku hüppe algus- ja lõppsõlme tähistavad vastavalt u ja V; D (U, V) tähistab lingi (U, V) lõpp-otsa viivitust; D tähistab kogu marsruudi nõutavat otsast lõpuni viivituspiirangut.
Kui teenuse QoS esitab ribalaiuse nõuded, ei saa lingi saadaolev ribalaius marsruudi iga hüppe vahel olla väiksem kui ribalaiuse nõuded, mida saab väljendada kui
kus riba (U, V) tähistab lingi saadaolevat ribalaiust (U, V); Bmin tähistab minimaalset ribalaiuse piirangut, mis on vajalik kogu marsruudi jaoks.
Andmepakettide saatmisel lähtesõlmest sihtsõlmeni võivad andmepaketid kaduda kanali häirete, järjekorra ajalõpu ja muude põhjuste tõttu. Kaotatud andmepakettide arvu ja edastatud andmepakettide koguarvu suhe on andmepakettide kadumise määr. Erinevate teenuste QoS-il on üldiselt erinevad nõuded andmepakettide kadumise määrale. Näiteks andmeedastusteenuse andmepakettide kadumise määr on tavaliselt madalam kui kõneedastusteenuse oma.
Ilmne erinevus satelliit-Interneti ja maapealse võrgu vahel on see, et sõlmede vaheline edastuskaugus on pikk. Näiteks GEO satelliit asub maapinnast umbes 36000 240 km kaugusel ning signaali edasi-tagasi levimisaeg satelliidi ja maa vahel on umbes 10 ms. Kuigi LEO satelliidid on maapinnale suhteliselt lähedal, katab maapinda üks LEO satelliit on suhteliselt väike ja teenindusaeg valitud asukohas on vaid umbes XNUMX minutit. Seetõttu on vaja pidevalt LEO satelliitide vahel lülituda. Lisaks pikeneb satelliit-Interneti suurenemisega ka pardal olev töötlemisaeg. Seetõttu on teabe edastamise viivituse vähendamiseks satelliidivõrkudes läbi viidud palju satelliitvõrkude marsruutimise uuringuid, mille eesmärk on väike viivitus.
Otsesem viis on valida marsruutimistabeli arvutamiseks kõige väiksema viivitusega otsast lõpuni tee, näiteks mitmekihiliste satelliitide jaoks MLSR (mitmekihiline satelliitide marsruutimisalgoritm) algoritm [20].
LEO satelliidi konstellatsiooni puhul on satelliitidevahelisel lingil satelliitidevahelise suhtelise liikumise tõttu elutsükkel. DLRA (kahekihiline satelliitvõrgu marsruutimisalgoritm) [16] võtab satelliitidevahelise ühenduse järelejäänud elutsükli tee kaalufunktsiooni, mis põhineb MLSR-algoritmil ja LEO / MEO kahekihilisel satelliitvõrgul. Optimaalse tee arvutamiseks, võttes arvesse nii viivitust kui ka stabiilsus. Bdsr (bandwidth delay satellite routing) algoritm [25] võtab arvesse nii viivitust kui ribalaiust. Kui lingi ribalaius on ülekoormatud ja keskmise otspunkti viivituse muutus on piiratud, valib see teise lingi, millel on rohkem järelejäänud ribalaiust. Tööaja pikenemisega väheneb järk-järgult viivitus otsast lõpuni ja keskmine minimaalne ribalaius suureneb aeglaselt.
Lingi olek on marsruutimisstrateegias nõutav põhiteave. Lingi olekus põhineva marsruutimisalgoritmi ülekoormuse ja konvergentsi aja vähendamiseks kasutab SLSR (satellite network link state routing) satelliitvõrgu lingi oleku marsruutimise algoritm [26] omadusi, et ruumilise levimise viivitus on prognoositav ja seda saab eelnevalt välja arvutada. . Seetõttu ainult ebakindel rongisisene järjekorra viivitus Reaalajas oleku hankimine lingi ja sõlme rikete jaoks. Marsruutimisstrateegia puhul, mis keskendub minimaalse otspunkti levimisviivitusega tee leidmisele ja satelliitvõrgu liikluse suurenemisele, võib esineda suur andmepakettide kadumise määr ja pikk järjekorra viivitus. Järjekorra olekus põhinev dünaamiline marsruutimise mehhanism QSDR ( järjekorra olekul põhinev NGEO (mittegeosünkroonse maa orbiidi) satelliidivõrgu järjekorra olekul põhinev dünaamiline marsruutimine [27] kasutab satelliidi reaalajas järjekorra oleku marsruutimismudelit, et kohandada eelnevalt arvutatud marsruuti, et saata andmepaketid niipea, kui võimalik ja vältida ummikuid praeguses sõlmes, Kõik võrgu satelliidid jätavad rohkem ruumi naabersatelliitidelt andmepakettide vastuvõtmiseks, mis vähendab teatud määral järjekorra viivitust.
Viivitus on sageli QoS-i indeksi nõue. Lisaks hõlmab see ka ribalaiust, viivitusvärinat, andmepakettide kadumise määra jne. Võttes näiteks ajaviivituse värina, on selle üks põhjusi see, et LEO satelliidivõrkudes muudab satelliidi liikumine sageli erinevatele orbiitidele kuuluvate satelliitide suhtelisi asukohti. , mille tulemuseks on satelliitidevahelistes ühendustes viivitusvärin. Erinevatel rakendusstsenaariumidel on erinevad QoS-i nõuded. Vastavalt multimeediumirakenduste teeninduskvaliteedi nõuetele on Rao jt. [8] kasutas geneetilist algoritmi satelliitidevaheliste linkide QoS-marsruutimise realiseerimiseks ja pakkus välja LEO satelliidivõrkudele sobiva mitmeteelise satelliitidevahelise marsruutimise (mpir) strateegia. Strateegial on hea QoS-i garantii viivituse ja kõnede blokeerimise osas. tõenäosus on piiratud ribalaiuse ja viivitusega.
Väljakutseks on aga algoritmi keerukus, eriti kui LEO satelliidiressursid on piiratud. Liu et al. [17] tutvustas heuristilise marsruutimisalgoritmi ja pakkus välja uue prognoositava satelliidivõrgu marsruutimisprotokolli (psnrp), et vastata võrgukasutajate teenusekvaliteedi nõuetele ja saavutada parem marsruutimise jõudlus. Mis puutub adaptiivsesse QoS-i marsruutimisse, siis Yan et al. [28] pakkus välja adaptiivsel põhineva dünaamilise marsruutimise (sradr, staatuse ja maine adaptiivne marsruutimine) algoritmi satelliidivõrgu oleku ja maine jaoks, võttis kasutusele turbeatribuudi, mida esindab sõlme maine, ning teostas marsruudi avastamise ja dünaamilise värskenduse hoolduse vastavalt võrgu olekule ja sõlme maine väärtus, muutke valitud tee hea tervikliku jõudluse ja olekuga turvaliseks teeks.
Infoedastusvõrguna on satelliit-Interneti andmepakettide kadumise määr sageli QoS-i oluline näitaja. Zhang et al. [29] mille eesmärk on staatilisel marsruutimisel ja dünaamilisel marsruutimisel põhineva satelliidi maaühenduse ümberlülitamisest põhjustatud andmepakettide kadude määra järsk suurendamine. leevendada andmepakettide kadumise probleemi. SPPC ei suuda siiski lahendada juhuslikust viivitusest põhjustatud üleandmise katkestust ja tal on kõrged nõuded võrgu edastuse ülekoormuse vastu. Kuigi DRAC suudab lahendada tundmatu võrgu ummikud, on selle kulud täiendavad marsruutimise üldkulud.
Satelliidi orbiidi ümmarguse nähtavuse ja orbiidi fikseerimise tõttu on satelliit-Internet rünnakute ja häirete suhtes haavatav [30]. Lisaks sellele, kui kosmosekeskkond, seadmete vananemine või satelliittehnoloogia sagedase värskendamise vajadus mõjutab, satelliit ebaõnnestub ja sellega seotud satelliitidevahelised ühendused katkevad, mille tulemuseks on muutused satelliidivõrgu topoloogias. Seetõttu on viimastel aastatel satelliit-Interneti marsruutimise uurimistöös keskendutud ka võrgu häiretevastase võimekuse ja töökindluse parandamisele.
Tabel 1 mõnede marsruutimisstrateegiate puhul arvestatud peamised jõudlused
Sihtides probleemile, et MEO / LEO satelliidivõrgu võrguühenduseta marsruutimisalgoritm ei suuda kohaneda ettearvamatute topoloogiamuutustega, Li et al. [31] pakkus välja hävitamisvastase dünaamilise marsruutimisalgoritmi, mis jagab satelliidivõrgu mitmeks klastriks, optimeerib lülitusefekti, võttes kasutusele piirsatelliidi allika marsruutimise skeemi, ja suurendab süsteemi vastupidavust satelliitidevahelise ühenduse rikke korral. Kuna haavamatu dünaamilise marsruutimisalgoritm peab lingi olekut värskendama, tekitab see täiendavaid edastuskulusid. Selle põhjal pakub autor lisaks välja haavamatu marsruutimisalgoritmi LEO satelliidivõrkudele [32], et automaatselt vältida kehtetuid satelliitidevahelisi linke ja marsruutida kõige väiksemate kuludega.
Võrgu muutlikkusega toimetulekuks on Fang et al. [33] pakkus välja mitme orbiidi hübriidse satelliidivõrgu marsruutimise algoritmi, mis põhineb tuvastamisel ja iseõppimisel, et lahendada satelliidivõrgu topoloogia muutumisest tingitud ebakindlad tegurid. Tänu hajutatud tööomadustele on sellel hea rünnakuvastane võime. Topoloogia varieeruvuse vastu võitlemiseks on sageli vaja marsruutimisteabe värskendamiseks suurendada süsteemi üldkulusid. Pan et al. [34] pakkus välja uue marsruutimisprotokolli opspf (orbiidi ennustamise lühikese tee esimene marsruutimine) LEO satelliitvõrkudele ja tellitava dünaamilise marsruutimise mehhanismi, mis võib ebakorrapäraste topoloogiamuutuste korral vähendada side üldkulusid ja marsruutimise lähenemisaega. Arvestades paljusid süsteemi töökindlust mõjutavaid tegureid, nagu tundmatu katkestus, äkilised ummikud ja intelligentsed häired, on vaja intelligentsemat marsruutimisskeemi. Han et al. [30] pakkus välja häiretevastase marsruutimisskeemi heterogeense satelliit-interneti jaoks, mis põhineb mänguteoorial ja sügaval õppimisel ning modelleeris marsruutimise häiretevastase probleemi kihilise häiretevastase Stackelbergi mänguna. Marsruutimisstrateegial on madal üldkulu ja hea häiretevastane toime. esitus.
Satelliidisõlmede kiirete mobiilsete omaduste tõttu on satelliit-Interneti toimimisel tiheasustusaladel ja hajaasustusaladel võrguressursside liikluse jaotus äärmiselt ebaühtlane. Hetkeline liigne liiklus põhjustab satelliidivõrgu sõlmede ülekoormust, suurendab võrgu järjekorra viivitust ja viib seejärel kogu satelliidivõrgu marsruutimise jõudluse languseni. Lisaks tuleks orbiidiressursside nappuse ning satelliitide käivitamise ja kasutuselevõtu kõrgete kulude tõttu tõhusalt kasutada süsteemiressursse, sealhulgas satelliite, mis on ka marsruutimise tehnoloogia uurimise keskmes.
Võrgu ülekoormus põhjustab andmepakettide kadumise ja vähendab süsteemi läbilaskevõimet, mis ei soodusta võrguressursside tõhusat kasutamist. Ma et al. [11] pakkus välja hajutatud datagrammi marsruutimise algoritmi, mis sobib LEO satelliitvõrkudele. Järgmise hüppesatelliidi sõlme valimisel võetakse arvesse selle ummikuseisundit. Seetõttu soodustab marsruutimisstrateegia ummikute töötlemist ja viivituse vähendamist ning võib parandada andmeedastuse edukust sõlme rikke korral. Yi et al. [19] pakkus välja MEO / IGSO satelliidivõrgu tellitava andmetöötluse ja vahemällu tsentraliseeritud marsruutimisstrateegia, kavandas marsruutimisalgoritmi satelliidivõrgu topoloogia dünaamiliseks rühmitamiseks ning jagas andmeedastuse marsruutimise arvutamise kolmeks etapiks: suuna hindamine, suuna parandamine ja ummikute vältimine, et muuta satelliidivõrgu konfiguratsioon paindlikumaks, edastamine tõhusamaks ja hõlpsamini hallatavaks.
Koormuse tasakaalustamine võib tasakaalustada teabeedastust võrgusiseses lingis, mis aitab parandada kogu süsteemi läbilaskevõimet ja vältida ummikuid. Li et al. [27] pakkus välja dünaamilise marsruudi uuendamise algoritmi, mis põhineb reaalajas järjekorra olekul ja marsruutimise oleku mudelil, et tasakaalustada liikluskoormust, tagada, et iga satelliit saadaks andmepaketid võimalikult kiiresti ja vältida praeguse sõlme ülekoormust. Wang et al. [21] pakkus välja kaks marsruutimisalgoritmi, et optimeerida satelliitidevaheliste ühenduste arvu. Madala prioriteediga liikluse ajastamisel kõrge prioriteediga teenuste kasutatavatele linkidele väheneb madala prioriteediga liikluse kasutatavate linkide arv. Samal ajal võetakse kasutusele koormuse tasakaalustamise strateegia, et kontrollida võrguvoogude koondamist, et vähendada kasutatavate linkide koguarvu, et parandada satelliitvõrkude ressursside kasutamist, energiasäästu. Tihedate orbiitide korral võib vastupidise lingi topoloogiastrateegia aga suurendada satelliitidevaheliste ühenduste arvu ja vähendada liiklust igal lingil, mis võib aidata kaasa võrgu suuremale ja stabiilsemale jõudlusele [35]. Seetõttu tuleks linkide arvu vähendamise strateegia määrata vastavalt konkreetsele olukorrale.
Arvutusvõimsus on satelliit-Interneti väärtuslik ressurss, eriti satelliitide kui kosmosesõlmede jaoks. Satelliitide suurus, kaal ja energiatarve piiravad nende arvutusvõimsust, seega seab see ka suuremaid väljakutseid marsruutimisalgoritmidele. Satelliidi salvestus- ja töötlemisvõimsuse nõuete täitmiseks on Zhang et al. [36] pakkus välja marsruutimistabeli genereerimise ja värskendamise algoritmi, mis määrab satelliitvõrgu marsruutimise arvutamise pardal olevale ruuterile ja maapealsele ruuterile ning genereerib vastavalt LAN-marsruutimistabeli ja kogu võrgu marsruutimistabeli. Algoritm võib vähendada satelliidi arvutusvõimsuse nõudeid ja vähendada satelliitidevaheliste ühenduste koormust ning maapealset ruuterit saab uuendada ka satelliidivõrgu laiendamisega. Lisaks, tuginedes eelarvutuse ja hajutatud pardal oleva reaalajas arvutamise kombinatsioonile ning võttes arvesse reaalajas satelliitidevahelise ühenduse olekut, võib sihtmärgi järgmise hüppe marsruutimine ja edasisuunamistabel igal satelliidil parandada ka reaalajas jõudlust ja vähendada pardaarvutite koormust [37–38].
Süsteemi ressursikasutuse efektiivsuse parandamiseks peaks marsruutimise üldkulu süsteemis olema võimalikult väike. Geograafilist asukohapõhist meetodit [39-42] saab kasutada satelliidivõrgu ja maa jagamiseks mitmeks domeeniks, mis võib tõhusalt vähendada suuremahulises satelliit-Interneti marsruutimistabeli suurust ja genereerimisaega, säilitada stabiilsust. marsruutimistabelit, kui kasutajatingimused muutuvad, ja vähendavad oluliselt marsruutimise üldkulusid.
Satelliit-Interneti marsruutimisstrateegiat saab üldiselt modelleerida optimeerimismudelina, kuid sageli on tegemist mitme eesmärgiga optimeerimisprobleemiga. Satelliidivõrgu ulatuse suurenemisega suureneb ka selle arvutuslik keerukus ja ruumi marsruutimise otsinguraskused veelgi suurenevad. Kui arvestada rohkemate teguritega, nagu optimeerimiseesmärgid ei hõlma mitte ainult QoS-i nõudeid, vaid ka ajas muutuvaid satelliidivõrgu lingi olekuid, häireid ja muid tegureid, suurendab see veelgi marsruutimise raskusi. Traditsioonilised marsruutimise kavandamise skeemid põhinevad tavaliselt võrguliikluse karakteristikute kunstlikul modelleerimisel ja selle põhjal kujundatakse suunatud marsruutimise strateegiad. Praegusel võrguliiklusel on aga keeruline ajaline ja ruumiline jaotuse volatiilsus ning seda on väga raske käsitsi modelleerida.
Näiteks on paljud mudelipõhised võrgu marsruutimise optimeerimise uuringud suunatud konkreetsetele võrgustsenaariumidele või konkreetsetele hüpoteetilistele liiklusmudelitele. Eeldustest põhjustatud vea ning mudeli ja reaalse võrgu erinevuse tõttu on pakutud skeemiga raske reaalses võrgustsenaariumis head marsruutimise efekti saavutada. Kuid tehisintellekti tehnoloogiad, nagu masinõpe (ML), suudavad tavaliselt automaatselt eraldada võrguliikluse karakteristikud ja luua vastavaid võrgustrateegiaid ilma inimeste ekspertide kogemustele tuginemata, mis avab traditsiooniliste skeemidega võrreldes uue tee NP raske probleemi lahendamisel. võrgu marsruutimine [43], Seetõttu on tehisintellektil põhinev marsruutimise genereerimine paljulubav satelliit-Interneti marsruutimise tehnoloogia uurimissuund.
Alates kolmandast põlvkonnast on maapealne mobiilsidestandard proovinud standardi koostamise protsessis käsitleda satelliitvõrku kui tervikut, kuid see on kaugel taeva ja maa integreerimisest ning taeva ja maa võrk areneb endiselt suhteliselt iseseisvalt. . Viimastel aastatel on satelliit-Interneti kiire arenguga muutunud üha ilmsemaks taeva ja maa integratsiooni suund. Uue põlvkonna mobiilsidena on 5g võrk arhitektuuris suurem avatus. Seda tuntakse ka kui võrkudest koosnevat võrku [44], mis loob tehnilise aluse satelliidivõrgu ja maapealse võrgu integreerimiseks. Järgmise põlvkonna võrgusüsteemina teostavad 6G võrgu peamised institutsioonid süsteemi määratlemist ja võtmetehnoloogia kontrollimist. Tulevase 6G võrgu olulise tunnusena on laialdaselt tunnustatud taeva ja maa integreeritud arengut. Seetõttu on satelliitvõrgu ja maapealse 5g / 6G võrgu vaheline ühendus vältimatu nõue.
Tavalise LEO satelliidivõrgu virtuaalsel topoloogial põhinevat marsruutimismehhanismi on maapealse marsruutimismehhanismiga raske integreerida, kuna esimene kasutab marsruutimisteabe genereerimiseks satelliidituvastust ja satelliitidevahelist ühendust. IP-marsruutimisel põhineva maapealse võrguga integreerimisel on vaja kahte marsruutimismehhanismi, millest esimene on vajalik rongisisese marsruutimise salvestatud teabe õigeaegseks värskendamiseks vastavalt praegusele maapealse kasutaja ühendusele, mis toob kaasa märkimisväärseid pardal olevaid hoolduskulusid. ja suurendavad pardal olevat ressursside survet. Seoses satelliidi kiire liikumisega muutub pidevalt satelliidivõrgu ja maapealse võrgu ühendussuhe. Pöördussatelliidi muutmine traditsioonilises IP loogilises adresseerimismehhanismis toob kaasa terminali IP-aadressi muutumise ja käivitab siduva värskenduse. Sagedased siduvad värskendused kulutavad palju pardal olevaid sideressursse [4]. Kõik need seavad taeva-maa integreeritud võrgu marsruutimise kavandamisele väga kõrged nõuded ja muudavad ülemaailmse marsruutimise uueks uurimissuunaks.
Viimastel aastatel on satelliit-Interneti kosmosesõlmede ulatus näidanud mitmetasandilise ja suuremahulise kasutuselevõtu tunnuseid. Erinevate tähtkujude satelliitide skaala ulatub kümnetest kuni kümnete tuhandeteni. Hiiglasliku tähtkuju süsteemi tekkimine on oluliselt parandanud kosmosevõrgu võimekust ja võib pakkuda kasutajatele maapealse võrguga võrreldes teenuseid. Hiiglasliku tähtkuju sõlmede tohutu suurus toob suuri väljakutseid virtuaalsel topoloogial põhinevatele marsruutimismehhanismidele, nagu "hetktõmmise tehnoloogia", mida tavaliselt kasutatakse tähtkuju marsruutimisel. Kuna topoloogia segmenteerimisega saadud ajalõikude arv on otseselt proportsionaalne lingi vahetamise arvuga, toob tähtkuju suuruse suurenemine kaasa satelliidil salvestatavate ja hooldatavate marsruutimistabelite arvu järsu suurenemise. seab väljakutse satelliidivõrgule piiratud pardaressurssidega, kuid avab ka uue kosmosemarsruutimise tehnoloogia uurimissuuna.
Infoinfrastruktuurina on satelliit-Interneti levik ja juhtimine tugev. See muudab suurel määral teabe hankimise viisi globaalses ühiskonnas ja muutub sotsiaalsete muutuste ja uuendusliku arengu liikumapanevaks jõuks. Ühe satelliit-Interneti põhitehnoloogiana on marsruutimistehnoloogia võtmetehnoloogia kosmoseressursside tõhusaks kasutamiseks, taeva ja maa integreerimiseks ja koostoimimiseks ning teenuste osutamiseks. Keskendudes satelliidivõrgu sõlmede vastastikuse sidumise nõuetele, võtab käesolev artikkel kokku satelliidi teabeedastusvõrgu marsruutimise uurimise seisu ning käsitleb satelliit-Interneti marsruutimise tehnoloogia väljakutseid ja edasisi uurimissuundi.
See sisu pärineb võrgust / satelliidist ja võrgunäitusest. See veebisait pakub ainult kordustrükki. Selle artikli vaadetel, seisukohtadel ja tehnoloogiatel pole selle veebisaidiga mingit pistmist. Rikkumise korral võtke meiega ühendust, et see kustutada!
Autoriõigus © Shenzhen Kinghelm Electronics Co., Ltd. kõik õigused kaitstudYue ICP Bei nr 17113853
