Способ маршрутизации в сетях подвижной персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах с зональной регистрацией абонентов и маршрутизатор низкоорбитального спутника ретранслятора с интегрированными службами для осуществления указанного способа
METHOD OF ROUTING IN MOBILE PERSONAL SATELLITE COMMUNICATION NETWORKS ON LOW-ORBITING SATELLITE RETRANSMITTERS WITH ZONAL REGISTRATION OF SUBSCRIBERS AND A ROUTER OF A LOW-ORBITING RELAY SATELLITE WITH INTEGRATED SERVICES FOR REALIZING SAID METHOD

Группа изобретений относится к технологии передачи данных в сетях подвижной персональной спутниковой связи (СППСС) на низкоорбитальных спутниках ретрансляторах (НСР), соединённых межспутниковыми линиями связи (МЛС), с зональной регистрацией абонентских терминалов (АТ), а именно к маршрутизации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ (патент № 2658879 «Способ зональной регистрации абонентского терминала в сети персональной спутниковой связи»), при которой АТ регистрируется в зонах радиосвязи (ЗРС) с перерегистрацией абонентского терминала в зоне радиосвязи при переходе из одной зоны радиосвязи в другую, при этом баллистическая информация о текущем положении низкоорбитального спутника-ретранслятора относительно зон радиосвязи на поверхности Земного шара периодически рассылается всем низкоорбитальным спутникам-ретрансляторам из центра управления полетом (ЦУП) и записывается в сервер баллистической информации каждого космического аппарата, а информация о текущем местоположении АТ относительно ЗРС на поверхности Земного шара постоянно собирается от абонентского терминала и мгновенно рассылается всем НСР и в центр управления сетью (ЦУС) и записывается в сервер определения местоположения в базу данных зарегистрированных абонентов в ЗРС каждого низкоорбитального спутника-ретранслятора СППСС. АТ, установивший связь с НСР, регистрируются в сервере определения местоположения низкоорбитального спутника-ретранслятора в базе зарегистрированных абонентов низкоорбитального спутника-ретранслятора и информация о регистрации абонентского терминала в низкоорбитальном спутнике-ретрансляторе, рассылается всем НСР и в ЦУС.
Известно, что каналы связи в СППСС на НСР по сравнению с наземными волоконно-оптическим линиями связи (ВОЛС) обладают следующими признаками:
1) меньше пропускная способность;
2) большие задержки в передачи информации:
3) перемещение бортовых маршрутизаторов СР относительно наземных абонентов с космическими скоростями.
В компьютерных сетях для построения маршрута применяются следующие принципы маршрутизации:
В маршрутизаторах компьютерных сетей применяются следующие способы добавления маршрутов в таблицу маршрутизации:
– маршрутизатор автоматически добавляет маршруты к подключенным к нему непосредственно сетям;
– задает маршруты администратор сети – статические маршруты;
– маршрутизатор автоматически создает таблицу маршрутизации и вносит в нее изменения на основании сообщений (далее по тексту – анонсов маршрутизации), получаемых от других маршрутизаторов согласно логике работы того или иного протокола динамической маршрутизации.
Протоколы динамической маршрутизации выполняют следующие функции:
– получают анонсы маршрутов от смежных маршрутизаторов;
– передают анонсы маршрутов (далее по тексту – анонсируют) смежным маршрутизаторам;
– если маршрутизатор обнаруживает более одного маршрута к одной и той же сети, то маршрутизатор запускает процедуру определения оптимального маршрута на основании заданных показателей с использованием известных из теории графов алгоритмов выбора кратчайшего пути;
– при изменении топологии сети, отказе сетевых устройств, пропадании каналов связи или появлении новых сетей маршрутизатор рассчитывает новые оптимальные маршруты к сетям (далее по тексту – конвергенция) и анонсируют смежным маршрутизаторам новые таблицы маршрутизации или только изменения в них.
Информацию о маршрутах маршрутизатор записывает в таблицу маршрутизации, где каждому интерфейсу ставятся те сети, которые можно достичь, передав информацию с этого интерфейса.
У маршрутизатора есть интерфейсы, подключенные к локальной сети (LAN) – внутренние интерфейсы и внешний интерфейсы, подключенные к глобальной сети (WAN) – внешние интерфейсы.
Когда на WAN-интерфейсе или на LAN-интерфейсе появляется подключение к новой сеть или пропадает подключение к той или иной сети, маршрутизатор рассылает всем соседним маршрутизаторам сообщения об этих изменениях, называемые анонсами, а те в свою очередь рассылают своим соседним маршрутизаторам анонсы.
Недостатком указанных методов маршрутизации, применяемых в компьютерных сетях является:
1) не учитывают то, что бортовые маршрутизаторы СР, движутся относительно поверхности Земли с космическими скоростями;
2) т.к. каждая ЗРС имеет свой адрес подсети, то при перемещении НСР относительно ЗРС каждый НСР должен будет постоянно сообщать соседним НСР анонсы маршрутизации, содержащие информацию о том какая подсеть подключена в текущий момент времени к LAN-порту бортового маршрутизатора, что приведет к дополнительной загрузки МЛС служебным трафиком;
3) следовательно, все НСР будут постоянно находится в режиме обновления таблиц маршрутизации, что приведет к дополнительной загрузки процессоров маршрутизации.
В связи с указанными выше недостатками протоколов маршрутизации, используемых в компьютерных сетях и особенностями каналов связи в СППСС на НСР применение протоколов маршрутизации компьютерных сетей не будет являться эффективным.
В низкоорбитальных спутниковых системах из уровня техники известны два основных алгоритма маршрутизации — DT-DVTR (Discrete Time Dynamic Virtual Topology Routing) и VN (Virtual Node), рассмотренные, в публикациях Иванова В.И. «Исследования протоколов маршрутизации в негеостационарных спутниковых системах» (см. журнал «T-Сomm, Телекоммуникации и транспорт» №6 от 2012 г.) О. К Лагутенко «Спутниковый доступ в Интернет» (см. журнал «Сети и системы связи» № 10 от 2002 г.) и книге В.Е. Камнева, ВВ. Черкасова, Г.В. Чечина «Спутниковые сети связи» (Москва: «Альбина Паблишер», 2004).
Алгоритм DT-DVTR основан на периодическом характере изменений в орбитальной группировке. Вся шкала времени делится на интервалы стационарности, определяемые таким образом, что топология меняется только в начале и конце интервалов, оставаясь постоянной до начала следующего интервала. На длительности каждого такого интервала можно решать задачу статической маршрутизации уже известными методами. Результатом ее решения для каждого интервала является соответствующая таблица маршрутизации. Набор таблиц маршрутизации для всех возможных интервалов стационарности хранится на борту каждого спутника, и каждая из них используется в соответствующем интервале. При таком подходе вместо проведения сложных вычислений в реальном масштабе времени спутник должен хранить многочисленные таблицы маршрутизации, а значит, обладать бортовой памятью большого объема. Для уменьшения требуемого объема памяти возможна организация обмена таблицами между соседними спутниками.
Недостатком указанного метода маршрутизации, применяемого в СППСС на НСР является:
1) не учитывает зональную регистрацию АТ;
2) техническая сложность, обусловленная необходимостью постоянно решать задачу статической маршрутизации для каждого интервала стационарности;
3) каждый НСР должен хранить многочисленные таблицы маршрутизации, а значит, обладать бортовой памятью большого объема;
4) техническая сложность, требующая заблаговременных точных расчетов интервалов стационарности,
5) при росте количества НСР (масштабируемости орбитальной группировки (ОГ)) необходимо полностью пересчитывать все интервалы стационарности и при этом логика работы будет значительно усложняться.
В основе алгоритма VN лежит понятие виртуальной топологии НССС, которая представляет собой суперпозицию виртуальных узлов и физической (реальной) топологии орбитальной группировки. Главная идея алгоритма VN состоит в том, чтобы спрятать от протокола маршрутизации топологические изменения. Околоземное пространство разбито на ряд соприкасающихся областей. В течение определенного периода времени каждому виртуальному узлу сопоставлен определенный физический спутник, находящийся в одной из этих областей. Во время пребывания КА в этой области виртуальная топология НССС считается неизменной. Как только спутник покидает эту область, данному виртуальному узлу ставится в соответствие другой спутник, который входит в эту область и которому передается вся информация, необходимая для работы данного виртуального узла. Первый спутник передает второму всю необходимую для работы данного виртуального узла информацию. Задача маршрутизации решается уже над виртуальной топологией, и при передаче трафика протоколу маршрутизации не нужно отслеживать динамику орбитальной группировки. Таким образом, в данном случае расчет маршрутов ведется в виртуальной топологии НССС.
Недостатком указанного метода маршрутизации, применяемого в СППСС на НСР является:
1) не учитывает зональную регистрацию АТ;
2) техническая сложность, обусловленная необходимостью постоянно решать задачу пересчета виртуальной топологии, а именно постоянно ставить в соответствие виртуальной топологии реальный НСР;
3) при росте количества НСР (масштабируемости орбитальной группировки (ОГ)) необходимо полностью пересчитывать все виртуальные топологии и при этом логика работы будет значительно усложняться.
В нескольких проектах (например, Astrolink, Spaceway, Skyway) предполагается применение технологии ATM. Для маршрутизации в этих НССС разработана ATM-версия алгоритма DT-DVTR. В этом случае каждая пара соседних КА сгруппирована в виртуальный путь VPC (Virtual Path Connection) и бортовой процессор КА при расчете маршрутов работает, исходя из меток этого VPC.
Применение ATM-версий для алгоритмов DT-DVTR и VPC обладает теми же недостатками, что и соответствующие алгоритмы DT-DVTR и VPC без ATM.
Ближайший аналог – технология, предлагаемая в патенте на изобретение US2010128676, опубл.27.05.2010 обладает следующими недостатками:
1) осуществляет коммутацию каналов и поэтому количество вариантов ограниченно количеством каналов связи;
2) в качестве устройства решающего задачу построения маршрута применяется матричный коммутатор, количество комбинаций коммутации которого ограничено количеством входных и выходных портов.
3) не учитывает то, что бортовые маршрутизаторы СР, движутся относительно поверхности Земли с космическими скоростями.
Техническим результатом заявленного способа является повышение эффективности работы алгоритмов маршрутизации в СППСС на НСР за счет снижения вычислительной нагрузки на процессор маршрутизатора, уменьшения загрузки служебным трафиком, возможностью масштабирования состава НСР без внесения изменений в логику работу.
Технический результат достигается посредством создания способа маршрутизации в сетях подвижной персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах, соединённых МЛС с применением зональной регистрации абонентов, при которой абонентский терминал регистрируется в зонах радиосвязи с перерегистрацией абонентского терминала в зоне радиосвязи при переходе из одной зоны радиосвязи в другую, при этом баллистическая информация о текущем положении низкоорбитального спутника-ретранслятора относительно зоны радиосвязи и подзоны радиосвязи на поверхности Земного шара периодически рассылается всем низкоорбитальным спутникам-ретрансляторам из центра управления полетом и записывается в сервер баллистической информации каждого космического аппарата, а информация о текущем местоположении абонентского терминала относительно зоны радиосвязи и подзоны радиосвязи на поверхности Земного шара постоянно собирается от абонентского терминала и мгновенно рассылается всем низкоорбитальным спутникам-ретрансляторам и в центр управления сетью и записывается в сервер определения местоположения в базу данных зарегистрированных абонентов в зоне радиосвязи и подзонах радиосвязи каждого низкоорбитального спутника-ретранслятора сети подвижной персональной спутниковой связи, абонентский терминал установивший связь с космическим аппаратом, регистрируются в сервере определения местоположения низкоорбитального спутника-ретранслятора в базе зарегистрированных абонентов низкоорбитального спутника-ретранслятора и информация о регистрации абонентского терминала в низкоорбитальном спутнике-ретрансляторе, рассылается всем низкоорбитальным спутникам-ретрансляторам и в центр управления сетью.
Заявленный технический результат также обеспечивается наличием на борту низкоорбитального спутника-ретранслятора маршрутизатора с интегрированными службами: сервером баз данных зарегистрированных в низкоорбитальном спутнике-ретрансляторе абонентов, сервером баз данных зарегистрированных в зоне радиосвязи абонентов, сервером баз данных баллистической информации о нахождении низкоорбитальных спутников-ретрансляторов в зонах радиосвязи, сервером базы данных низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со шлюзовой станцией в фидерной линии связи, и имеющего (кроме того, маршрутизатор имеет) соединительные линии с бортовой аппаратурой межспутниковой линии связи, с бортовой аппаратурой абонентской линии связи и с бортовой аппаратурой фидерной линии связи. Таким образом, программное обеспечение маршрутизатора для осуществления заявленного способа, для решения задачи построении маршрута взаимодействует с базами данных зарегистрированных абонентов в низкоорбитальном спутнике-ретрансляторе, с базами данных зарегистрированных абонентов в зоне радиосвязи, с базами данных баллистической информации о низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах в зоне радиосвязи, с сервером базы данных регистрации со шлюзовой станцией в фидерной линии связи.
Заявленное изобретение проиллюстрировано следующими фигурами:
Фиг.1 – общая схема маршрутизатора НСР с интегрированными службами.
Фиг.2 – алгоритм маршрутизация информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ;
Фиг.3 – схема организации связи при ретрансляции информации АТ СППСС через один НСР;
Фиг.4 – схема организации связи при ретрансляции информации АТ наземных сетей связи через один НСР;
Фиг.5 – схема организации связи при ретрансляции информации АТ СППСС по МЛС;
Фиг.6 – схема организации связи при ретрансляции информации АТ наземных сетей связи по МЛС;
Фиг.7 – схема организации связи при вызове АТ СППСС с применением многопутевой маршрутизации по МЛС;
Фиг.8 – схема организации связи при вызове АТ СППСС с применением многопутевой маршрутизации по МЛС и АЛС.
Позиции на фигурах обозначают следующее:
1 – бортовой сетевой комплекс НСР;
2 – маршрутизатор;
3 – сервер баз данных (БД) зарегистрированных абонентов в НСР;
4 – сервер БД зарегистрированных абонентов в ЗРС;
5 – сервер БД баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС;
6 – сервер БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС в ФЛС;
7– бортовая линия передачи данных между маршрутизатором и бортовой аппаратурой МЛС№1;
8 – бортовая линия передачи данных между маршрутизатором и бортовой аппаратурой МЛС№2;
9 – бортовая линия передачи данных между маршрутизатором и бортовой аппаратурой ФЛС;
10 – бортовая линия передачи данных между маршрутизатором и бортовой аппаратурой АЛС;
11 – НСР №1, получивший IP-пакет, адресованный абонентскому терминалу №2;
12 – НСР №2, ретранслирующий информацию по МЛС;
13 – НСР №3, ретранслирующий IP-пакет абонентскому терминалу №2 по АЛС или ФЛС;
14 – АТ №1, оправляющий IP-пакет абонентскому терминалу №2;
15 – АЛС между НСР № 1 и АТ № 1;
16 – бортовая аппаратура АЛС НСР № 1;
17 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой АЛС и маршрутизатором в НСР №1;
18 – маршрутизатор НСР №1;
19 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой МЛС№1 и маршрутизатором в НСР №1;
20 – бортовая аппаратура МЛС№1 НСР №1;
21 – МЛС между НСР № 1 и НСР № 2;
22 – сервер БД зарегистрированных абонентов в НСР, размещенный в НСР №1;
23 – сервер БД зарегистрированных абонентов в ЗРС, размещенный в НСР №1;
24 – сервер БД баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС, размещенный в НСР №1;
25 – сервер БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС в ФЛС, размещенный в НСР №1;
26 – бортовая аппаратура МЛС№1 НСР №2;
27 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой МЛС№1 и маршрутизатором в НСР №2;
28 – маршрутизатор НСР №2;
29 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой МЛС№2 и маршрутизатором в НСР №2;
30 – бортовая аппаратура МЛС№2 НСР №2;
31 – МЛС между НСР № 2 и НСР № 3;
32 – сервер БД зарегистрированных абонентов в НСР, размещенный в НСР №2;
33 – сервер БД зарегистрированных абонентов в ЗРС, размещенный в НСР №2;
34 – сервер БД баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС, размещенный в НСР №2;
35 – сервер БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС в ФЛС, размещенный в НСР №2;
36 – бортовая аппаратура МЛС НСР №3;
37 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой МЛС и маршрутизатором в НСР № 3;
38 – маршрутизатор НСР №3;
39 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой АЛС и маршрутизатором в НСР № 3;
40 – бортовая аппаратура АЛС НСР №3;
41 – АЛС между НСР № 3 и АТ № 51;
42 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой ФЛС и маршрутизатором в НСР № 3;
43 – бортовая аппаратура ФЛС НСР №3;
44 – сервер БД зарегистрированных абонентов в НСР, размещенный в НСР №3;
45 – сервер БД зарегистрированных абонентов в ЗРС, размещенный в НСР №3;
46 – сервер БД баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС, размещенный в НСР №3;
47 – сервер БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС в ФЛС, размещенный в НСР №3;
48 – ФЛС между НСР № 3 и ШС СППСС;
49 – ШС СППСС;
50 – наземные каналы связи между ШС СППСС и АТ наземных каналов связи.
51 – АТ №2, получающий IP-пакет от абонентского терминала №1;
52 – НСР №4, ретранслирующий информацию по МЛС;
53 – НСР №5, ретранслирующий IP-пакет абонентскому терминалу №2 по АЛС или ФЛС;
54 – МЛС между НСР № 1 и НСР № 4;
55 – бортовая аппаратура МЛС№1 НСР № 4;
56 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой МЛС№1 и маршрутизатором в НСР № 4;
57 – маршрутизатор НСР № 4;
58 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой МЛС№2 и маршрутизатором в НСР № 4;
59 – бортовая аппаратура МЛС№2 НСР № 4;
60 – МЛС между НСР №4 и НСР №5;
61 – сервер БД зарегистрированных абонентов в НСР, размещенный в НСР №4;
62 – сервер БД зарегистрированных абонентов в ЗРС, размещенный в НСР №4;
63 – сервер БД баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС, размещенный в НСР №4;
64 – сервер БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС в ФЛС, размещенный в НСР №5;
65 – бортовая аппаратура МЛС НСР № 5;
66 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой МЛС и маршрутизатором в НСР № 5;
67 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой АЛС и маршрутизатором в НСР № 5;
68 – маршрутизатор НСР № 5;
69 – АЛС НСР № 5 и АТ №2;
70 – бортовая аппаратура АЛС НСР № 5;
71 – сервер БД зарегистрированных абонентов в НСР, размещенный в НСР №4;
72 – сервер БД зарегистрированных абонентов в ЗРС, размещенный в НСР №4;
73 – сервер БД баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС, размещенный в НСР №4;
74 – сервер БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС в ФЛС, размещенный в НСР №5;
75 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой МЛС№2 и маршрутизатором в НСР №1;
76 – бортовая аппаратура МЛС№2 НСР №1;
77 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой ФЛС и маршрутизатором в НСР № 1;
78 – бортовая аппаратура ФЛС НСР № 1;
79 – ФЛС между НСР №1 и ШС;
80 – бортовая линия передачи данных между бортовой аппаратурой АЛС и маршрутизатором в НСР № 2;
81 – бортовая аппаратура АЛС НСР № 2;
82 – АЛС между НСР № 2 и АТ 51.
Метод зональной регистрации абонентский терминал (АТ) в сетях подвижной персональной спутниковой связи (СППСС) на низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах (НСР) (патент на изобретение № 2658879, дата регистрации в Государственном реестре изобретений РФ 25.06.2018 г.) состоит в том, что АТ регистрируется не в базовой станции, функции которой выполняет НСР, а в зонах радиосвязи (ЗРС) и поэтому перерегистрация АТ в ЗРС осуществляется только, когда АТ меняет своё место положение, т.е. переходит из одной ЗРС в другую. Непосредственно в НСР АТ регистрируется, только тогда, когда ему необходимо передать информацию, а именно: перед установлением связи с другим АТ, для выхода в телефонную сеть общего пользования (ТфОП) или для выхода в интернет.
Способ назначения IP-адресов в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ (патент на изобретение № 2679962, дата регистрации в Государственном реестре изобретений РФ 14.02.2019 г) заключается в следующем:
1) для адресации в сети ГМИСС применяется протокол IP v.6;
2.1) первые 48 бит IP-адреса – адрес сети и присваивается международным комитетом (агентством ICAN или RIR) всей ГМИСС;
2.2) последние 64 бит IP-адреса – адрес узла и представляют собой номер мобильного телефона в сетях подвижной связи (СПС) и присваивается спутниковому АТ при подключении к ним смартфона (планшета), а так же включают в себя условный номер страны получения SIM-карты (страны постоянного пребывания) и страны, в которой в текущий момент времени  находится абонентский терминал СППСС (АТ), категория приоритета абонента, который присваивается оператором СППСС и категория приоритета трафика, которая определяется программным обеспечением АТ.
2.3) средние 16 бит IP-адреса – адрес подсети, присваивается программным обеспечением АТ при определении им своего местоположения относительно ЗРС и подзон РС:
– в первых 8 битах подсети – номер ЗРС, в которой находиться АТ;
– в следующих 8 битах подсети – при необходимости указывается номер подзоны радиосвязи (ПРС), в которой находиться АТ.
Таблица 1. Структура IP-адреса АТ
Следовательно, каждая ЗРС и ПРС имеет свой IP-адрес, представляющий собой IP-адрес подсети.
Таким образом, СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ обладают следующей спецификой:
1) маршрутизаторы, функции которых выполняют НСР, не стоят на месте, а движутся относительно поверхности Земли со скоростью не менее 7 км/с и тем самым изменяются ЗРС и ПРС, в которых они находятся. Т.к. ЗРС и ПРС представляют собой разные подсети СППСС, то это означает, что маршрутизаторы НСР постоянно перемещаются в разные подсети по законам космической баллистики.
2) АТ в узловой и сетевой части имеют постоянные значения IP-адреса, а номер подсети изменяется только когда изменяется местоположение АТ относительно ЗРС и ПРС.
Таким образом, НСР пролетая над определенной ЗРС, подключает внутренний порт бортового маршрутизатора к IP-адресу подсети, предназначенной для этой зоны. Следовательно, сети, подключенные к LAN-порту маршрутизатора, постоянно меняются и об этом необходимо постоянно сообщать всем маршрутизаторам орбитальной группировки (ОГ), так же маршрутизаторам ШС и ЦУС. При применении методов классической маршрутизации в СППСС на НСР анонсы информации будут постоянно циркулировать в сети и, следовательно, уменьшать полезную пропускную способность линий связи и сильно нагружать процессоры маршрутизаторов.
По этой причине применение методов классической маршрутизации в СППСС на НСР не является эффективным.
В предлагаемом способе маршрутизации информации в СППСС на НСР маршрутизаторы НСР при построении маршрутов должны учитывать текущее местоположение НСР и АТ.
Предлагаемый способ маршрутизации информации в СППСС на НСР заключается в следующем. Баллистическая информация о текущем положении НСР относительно ЗРС и ПРС на поверхности Земного шара периодически рассылается всем НСР из центра управления полетом (ЦУП) и записывается в каждом НСР в базы данных (БД) баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС. При регистрации в сети связи СППСС и при изменении местоположение относительно ЗРС и ПРС абонентский терминал сообщает информацию о своем текущем местоположении относительно ЗРС и ПРС всем НСР, всем ШС, от ШС информация о местоположении АТ поступает в центр управления сетью (ЦУС). В НСР, ШС и ЦУС информация о текущем местоположении АТ относительно ЗРС и ПРС записывается в БД зарегистрированных абонентов в ЗРС и ПРС. АТ, установившие связь с КА, регистрируются в БД зарегистрированных абонентов в НСР сервер БД зарегистрированных абонентов в НСР. Информация о регистрации АТ в НСР, так же рассылается всем НСР, всем ШС и в ЦУС, где так же записывается в БД зарегистрированных абонентов в НСР.
НСР, установившие связь в ФЛС с ШС, рассылают информацию об установлении связи с ШС всем НСР, где она записывается в БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС сервера БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС. ШС, установившие соединение с НСР, рассылают информацию об установлении связи с ШС всем ШС, от куда она поступает в ЦУС, где она записывается в БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС.
Алгоритм маршрутизации информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ при осуществлении вызова и передачи информации абонентскому терминалу СППСС, зарегистрированному в одном из НСР заключается в следующем:
Шаг 1. АТ 14, передает IP-пакет, предназначенный абонентскому терминалу 51, на бортовую аппаратуру 16 АЛС НСР 11 по АЛС 15.
Шаг 2. Бортовая аппаратура 16 АЛС НСР 11 получает по АЛС 15 IP-пакет, преобразует его для передачи по бортовой линии передачи данных и передает принятый IP-пакет по бортовой линии передачи данных 17 на маршрутизатор 18;
Шаг 3. Маршрутизатор 18 НСР 11, делает запрос в сервер 22 БД зарегистрированных в НСР абонентов.
Шаг 3.1. Если вызываемый АТ 51 зарегистрирован в самом НСР 11, то маршрутизатор 18 НСР 11 определяет маршрут к АТ 51 по АЛС. Для выполнения этой ретрансляции маршрутизатор 18 НСР 11 по бортовой линии передачи данных 17 передает IP-пакет на бортовую аппаратуру 16 АЛС НСР 11 (см. фиг. 3).
Шаг 4.1. Бортовая аппаратура 16 АЛС НСР 11 преобразовывает IP-пакет для передачи по АЛС и передает IP-пакет по АЛС на АТ 51.
Шаг 3.2. Если вызываемый АТ 51 зарегистрирован в каком-нибудь НСР, например, АТ 51 зарегистрирован в НСР 13, то маршрутизатор 18 НСР 11 определяет маршрут к НСР 13 по МЛС (см. фиг. 5).
Шаг 4.2. Для передачи по МЛС применяется туннелирование, заключающееся в том, что IP-пакет, в адресной части которого в качестве получателя указан IP-адрес АТ 51, упаковывается в IP-пакет, в адресной части которого в качестве получателя указан IP-адрес НСР 13, установившего соединение с АТ 51.
Шаг 5. Если НСР 13, установивший связь с АТ 51 не имеет непосредственного соединения с НСР 11, то НСР 11 ретранслирует IP-пакет по МЛС 21 на НСР 12, установившего непосредственное соединение с НСР 16, а НСР 12 ретранслирует IP-пакет по МЛС 31 на НСР 16. Для выполнения этой ретрансляции от НСР 11 к НСР 13 через НСР 12 маршрутизатор 18 НСР 11 по бортовой линии передачи данных 19 передает IP-пакет на бортовую аппаратуру 20 МЛС НСР 11.
Шаг 6. В бортовой аппаратуре 20 МЛС НСР 11 IP-пакет преобразуется для передачи по МЛС и передается по МЛС 21 на бортовую аппаратуру 26 МЛС НСР 12.
Шаг 7. Бортовая аппаратура 26 МЛС НСР 12 преобразует принятый IP-пакет для передачи по бортовой линии передачи данных и передает IP-пакет по бортовой линии передачи данных 27 на маршрутизатор 28.
Шаг 8. Маршрутизатор 28 НСР 12 по заголовку IP-пакета определяет какому НСР адресован этот IP-пакет. В рассматриваемом случае получателем IP-пакета является НСР 13 и маршрутизатор 18 НСР 11 определяет маршрут к НСР 13 по МЛС. Для выполнения этой ретрансляции от НСР 12 к НСР 13 маршрутизатор 28 НСР 12 по бортовой линии передачи данных 29 передает IP-пакет на бортовую аппаратуру 30 МЛС НСР 12.
Шаг 9. В бортовой аппаратуре 30 МЛС НСР 12 IP-пакет преобразуется для передачи по МЛС и передается по МЛС 31 на бортовую аппаратуру 36 МЛС НСР 13.
Шаг 10. Бортовая аппаратура 36 МЛС НСР 13 преобразует принятый IP-пакет для передачи по бортовой линии передачи данных и передает IP-пакет по бортовой линии передачи данных 37 на маршрутизатор 38.
Шаг 11. Маршрутизатор 38 НСР 13 определяет по адресной части IP-пакета, что полученный IP-пакет предназначен ему и тогда маршрутизатор 38 НСР 13 осуществляет деинкапсуляцию, т.е. отбрасывает дополнительные заголовки и извлекает первоначально упакованный IP-пакет, затем по адресной части получателя определяет какому АТ предназначен IP-пакет.
Шаг 12. Определив, что IP-пакет предназначен АТ 51, маршрутизатор 38 НСР 13 делает запрос в сервер 44 БД зарегистрированных в НСР абонентов, и если вызываемый АТ 51 зарегистрирован в этом НСР 13, то маршрутизатор 38 НСР 13 по бортовой линии передачи данных 39 передает IP-пакет на бортовую аппаратуру 40 АЛС НСР 13.
Шаг 13. В бортовой аппаратуре 40 АЛС НСР 13 IP-пакет преобразуется для передачи по АЛС и передается по АЛС 41 на АТ 51.
Алгоритм маршрутизации информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ при осуществлении вызова абонентского терминала СППСС, зарегистрированного в одной из ПРС ЗРС заключается в следующем:
Шаг 1. АТ 14, передает IP-пакет, предназначенный абонентскому терминалу 51, на бортовую аппаратуру 16 АЛС НСР 11 по АЛС 15.
Шаг 2. Бортовая аппаратура 16 АЛС НСР 11 получает по АЛС 15 IP-пакет, преобразует его для передачи по бортовой линии передачи данных и передает принятый IP-пакет по бортовой линии передачи данных 17 на маршрутизатор 18;
Шаг 3. Маршрутизатор 18 НСР 11, сперва делает запрос в сервер 22 БД зарегистрированных в НСР абонентов и не находит там АТ 51.
Шаг 4. Тогда, маршрутизатор 18 НСР 11 делает запрос в сервер 23 БД зарегистрированных абонентов в ЗРС.
Шаг 5. Если АТ 51 зарегистрирован в одной ПРС ЗРС, то маршрутизатор должен определить какие НСР в текущий момент времени находятся в ПРС ЗРС АТ 51. Для этой цели маршрутизатор 18 НСР 11 делает запрос в сервер 24 БД баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС.
Шаг 6.1. Если АТ 51 зарегистрирован в ПРС ЗРС, над которой в текущий момент времени находится НСР 11, получивший сигнал вызова АТ 51, то НСР 11 ретранслирует сигнал вызова по собственной АЛС 17. Алгоритм осуществления следующих шагов аналогичен алгоритму, описанному в шагах 3.1 и 4.1 алгоритма маршрутизации информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ при осуществлении вызова и передачи информации абонентскому терминалу СППСС, зарегистрированному в одном из НСР (см. фиг. 3).
Шаг 6.2. Если кроме НСР 11 в ПРС ЗРС вызываемого АТ 51 находятся другие НСР, то маршрутизатор 18 НСР 11 должен определить маршруты по МЛС ко всем этим НСР. Для примера рассмотрим, случай, когда в ПРС ЗРС АТ 51 находятся два НСР: НСР 11 и НСР 12 (см. фиг. 5). Для этой цели маршрутизатор 18 НСР 11, получивший сигнал вызова АТ 51, делает копию IP-пакета и одну копию IP-пакета НСР 11 ретранслирует по собственной АЛС 17.
Алгоритм осуществления следующих шагов аналогичен алгоритму, описанному в шагах 3.1 и 4.1 алгоритма маршрутизации информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ при осуществлении вызова и передачи информации абонентскому терминалу СППСС, зарегистрированному в одном из НСР.
Шаг 7.2. Вторую копию IP-пакета НСР 11 ретранслирует по МЛС 21 на НСР 12, также находящийся в ПРС ЗРС АТ 51. Для передачи по МЛС применяется туннелирование, заключающееся в том, что IP-пакет, в адресной части которого в качестве получателя указан IP-адрес АТ 51, упаковывается в IP-пакет, в адресной части которого в качестве получателя указан IP-адрес НСР 12.
Шаг 8.2. Для выполнения этой ретрансляции от НСР 11 к НСР 12 маршрутизатор 18 НСР 11 по бортовой линии передачи данных 19 передает IP-пакет на бортовую аппаратуру 20 МЛС НСР 11.
Шаг 9.2. В бортовой аппаратуре 20 МЛС НСР 11 IP-пакет преобразуется для передачи по МЛС и передается по МЛС 21 на бортовую аппаратуру 26 МЛС НСР 12.
Шаг 10.2. Бортовая аппаратура 26 МЛС НСР 12 преобразует принятый IP-пакет для передачи по бортовой линии передачи данных и передает IP-пакет по бортовой линии передачи данных 27 на маршрутизатор 28.
Шаг 11.2. Маршрутизатор 28 НСР 12 определяет по адресной части IP-пакета, что полученный IP-пакет предназначен ему и тогда маршрутизатор 28 НСР 12 осуществляет деинкапсуляцию, т.е. отбрасывает дополнительные заголовки и извлекает первоначально упакованный IP-пакет, затем по адресной части получателя определяет какому АТ предназначен IP-пакет.
Шаг 12.2. Определив, что IP-пакет предназначен АТ 51, маршрутизатор 28 НСР 12 делает запрос в сервер 32 БД зарегистрированных в НСР абонентов и не находит там АТ 51.
Шаг 13.2. Тогда, маршрутизатор 18 НСР 11 делает запрос в сервер 23 БД зарегистрированных абонентов в ЗРС.
Шаг 14.2. Если АТ 51 зарегистрирован в одной ПРС ЗРС, то маршрутизатор должен определить какие НСР в текущий момент времени находятся в ПРС ЗРС АТ 51. Для этой цели маршрутизатор 28 НСР 12 делает запрос в сервер 34 БД баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС.
Шаг 15.2. Если АТ 51 зарегистрирован в ПРС ЗРС, над которой в текущий момент времени находится НСР 12, получивший сигнал вызова АТ 51, то НСР 12 ретранслирует сигнал вызова по собственной АЛС 82. Алгоритм осуществления следующих шагов аналогичен алгоритму, описанному в шагах 3.1 и 4.1 алгоритма маршрутизации информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ при осуществлении вызова и передачи информации абонентскому терминалу СППСС, зарегистрированному в одном из НСР (см. фиг. 5).
Шаг 6.3. Если в ПРС ЗРС АТ 51 находится один НСР (например, НСР 13), удаленный от НСР 11, то алгоритм определения и построения маршрута аналогичен алгоритму, изложенному при описании шагов 5–13 алгоритма маршрутизации информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ при осуществлении вызова и передачи информации абонентскому терминалу СППСС, зарегистрированному в одном из НСР (см. фиг. 3).
Шаг 6.4. Если в ПРС ЗРС АТ 51 находятся несколько НСР, удаленных от НСР 11, то маршрутизатор 18 НСР 11 должен определить маршруты по МЛС ко всем этим НСР. Если в маршрутизаторе НСР установлена многозадачная операционная система, то действия по определению маршрутов к нескольким НСР осуществляются одновременно, а если в маршрутизаторе НСР установлена однозадачная операционная система, то действия по определению маршрутов к нескольким НСР осуществляются последовательно. Для примера рассмотрим, случай, когда в ПРС ЗРС АТ 51 находятся два НСР: НСР 13 и НСР 53 (см. фиг. 7).
Шаг 7.4. Для этой цели маршрутизатор 18 НСР 11, получивший сигнал вызова АТ 51, делает копию IP-пакета и одну копию IP-пакета НСР 11 ретранслирует по МЛС 21 на НСР 12, а вторую копию IP-пакета ретранслирует по МЛС 54 на НСР 52. алгоритм ретрансляции информации через НСР 12 к НСР 13 и через НСР 52 к НСР 53 аналогичен алгоритму, изложенному при описании шагов 5–10 алгоритма маршрутизации информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ при осуществлении вызова и передачи информации абонентскому терминалу СППСС, зарегистрированному в одном из НСР.
Шаг 7.2. Алгоритм ретрансляции информации от НСР 13 к АТ 51 и от НСР 53 к АТ 51 аналогичен алгоритму, изложенному при описании шагов 11–13 алгоритма маршрутизации информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ при осуществлении вызова и передачи информации абонентскому терминалу СППСС, зарегистрированному в одном из НСР. Отличие заключается в том, что АТ 51 принимает сигнал вызова одновременной от двух НСР.
Шаг 7.3. АТ 51 принимает в служебном канале связи АЛС сигналы вызова сразу от нескольких НСР, в рассматриваемом случае АТ 51 принимает сигналы вызова от НСР 13 и НСР 53 и если обнаруживает, что принятый IP-пакет предназначен ему, то АТ 51 осуществляет процедуру выбора наиболее оптимального HCP для регистрации.
Шаг 7.4. Выбрав HCP для регистрации, АТ 51 отсылает сигнал запроса на регистрацию в служебном канале связи АЛС и проходит процедуры аутентификации и определения свободных каналов связи АЛС.
Шаг 7.5. Получив разрешение на регистрацию, АТ 51 высылает вызывающему абонентскому терминалу 14 о готовности к сеансу связи.
Алгоритм работы маршрутизации информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ при осуществлении вызова абонентского терминала, зарегистрированного в наземной сети передачи данных, таких как телефонная сеть общего пользования, сеть подвижной связи или сеть Интернет:
Шаг 1. АТ 14, передает IP-пакет, предназначенный абонентскому терминалу 51, на бортовую аппаратуру 16 АЛС НСР 11 по АЛС 15.
Шаг 2. Бортовая аппаратура 16 АЛС НСР 11 получает по АЛС 15 IP-пакет, преобразует его для передачи по бортовой линии передачи данных и передает принятый IP-пакет по бортовой линии передачи данных 17 на маршрутизатор 18;
Шаг 3. Маршрутизатор 18 НСР 11 по IP-адресу определяет, что вызываемый АТ 51 является абонентом наземной сети передачи данных и тогда необходимо найти ближайшую к НСР11 фидерную линию связи и передать по ней IP-пакет на ШС, которая перенаправит его в наземной сети передачи данных.
Шаг 4. Для этой цели маршрутизатор 18 НСР 11 делает запрос в сервер 25 БД сервер БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС в ФЛС.
Шаг 5. Следовательно, IP-пакет надо передать в наземную сеть передачи данных, тогда необходимо определить ближайший НСР, имеющий подключение к ШС по ФЛС и передать ему IP-пакет. Для этой цели маршрутизатор 18 НСР 11 делает запрос в сервер 25 БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС в ФЛС.
Шаг 6.1. Если НСР 11, установил непосредственное соединение со ШС в ФЛС, то маршрутизатор 18 передает IP-пакет по бортовой линии передачи данных на бортовую аппаратуру ФЛС НСР 11 (фиг. 4).
Шаг 7.1. Бортовая аппаратура ФЛС НСР 11 преобразует IP-пакет для передачи по ФЛС передает его на ШС.
Шаг 8.1. ШС принимает IP-пакет по МЛС преобразует IP-пакет для передачи по наземным сетям передачи данных и передает IP-пакет наземным операторам связи, которые ретранслируют IP-пакет по наземным сетям связи на АТ 51.
Шаг 6.2. Если маршрутизатор 18 НСР 11, установил, что, например, НСР 13, является ближайшим НСР, установившим соединение с ШС 49, то маршрутизатор 18 НСР 11 определяет маршрут к НСР 13 по МЛС. Передача информации от НСР 11 к НСР 13 осуществляется аналогичным образом, описанным в шагах 4.2, 5–10 алгоритма маршрутизации информации в СППСС на НСР с зональной регистрацией АТ при осуществлении вызова и передачи информации абонентскому терминалу СППСС, зарегистрированному в одном из НСР (фиг. 6).
Шаг 7.2. Маршрутизатор 38 НСР 13 определяет по адресной части IP-пакета, что полученный IP-пакет предназначен ему и тогда маршрутизатор 38 НСР 13 осуществляет деинкапсуляцию, т.е. отбрасывает дополнительные заголовки и извлекает первоначально упакованный IP-пакет, затем по IP-адресу определяет, что вызываемый АТ 51 является абонентом наземной сети.
Шаг 8.2. Следовательно, IP-пакет надо передать в наземную сеть передачи данных, тогда необходимо определить ближайший НСР, имеющий подключение к ШС по ФЛС и передать ему IP-пакет. Для этой цели маршрутизатор 38 НСР 13 делает запрос в сервер 47 БД низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со ШС в ФЛС.
Шаг 9.2. Если маршрутизатор 38 НСР 13 установил, что НСР 13 имеет непосредственное соединение со ШС в ФЛС, то маршрутизатор 18 передает IP-пакет по бортовой линии передачи данных 42 на бортовую аппаратуру 43 ФЛС НСР 13.
Шаг 10.2. Бортовая аппаратура 43 ФЛС НСР 13 преобразует IP-пакет для передачи по ФЛС передает его на ШС 49.
Шаг 11.2. ШС принимает IP-пакет по МЛС 48 и преобразует IP-пакет для передачи по наземным сетям передачи данных и передает IP-пакет наземным операторам связи, которые ретранслируют IP-пакет по наземным сетям связи на АТ 51.
Способ маршрутизации в сетях подвижной персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах с зональной регистрацией абонентов осуществляется маршрутизаторами с интегрированными службами низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, содержащих кроме операционной системы и специализированного программного обеспечения, осуществляющего алгоритм маршрутизации: базу данных зарегистрированных в низкоорбитальном спутнике-ретрансляторе абонентов, базу данных зарегистрированных в зоне радиосвязи абонентов, базу данных баллистической информации о нахождении низкоорбитальных спутников-ретрансляторов в зонах радиосвязи и базу данных низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со шлюзовой станцией в фидерной линии связи. Маршрутизатор с интегрированными службами соединен бортовыми линиями передачи данных 7 и 8 с бортовой аппаратурой межспутниковой линии связи, соединен бортовыми линиями передачи данных 10 с бортовой аппаратурой абонентской линии связи и соединен бортовыми линиями передачи данных 9 с бортовой аппаратурой фидерной линии связи 30 (см. фиг. 1).
Заявленный технический результат также обеспечивается наличием на борту низкоорбитального спутника-ретранслятора маршрутизатора с интегрированными службами: сервером баз данных зарегистрированных в низкоорбитальном спутнике-ретрансляторе абонентов, сервером баз данных зарегистрированных в зоне радиосвязи абонентов, сервером баз данных баллистической информации о нахождении низкоорбитальных спутников-ретрансляторов в зонах радиосвязи, сервером базы данных низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, установивших соединение со шлюзовой станцией в фидерной линии связи, и имеющего (кроме того, маршрутизатор имеет) соединительные линии с бортовой аппаратурой межспутниковой линии связи, с бортовой аппаратурой абонентской линии связи и с бортовой аппаратурой фидерной линии связи. Таким образом, программное обеспечение маршрутизатора для осуществления заявленного способа, для решения задачи построении маршрута взаимодействует с базами данных зарегистрированных абонентов в низкоорбитальном спутнике-ретрансляторе, с базами данных зарегистрированных абонентов в зоне радиосвязи, с базами данных баллистической информации о низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах в зоне радиосвязи, с сервером базы данных регистрации со шлюзовой станцией в фидерной линии связи.
Таким образом, предлагаемая система отличается от предыдущих тем, что маршрутизатор при построении маршрута делает запросы к БД зарегистрированных абонентов в ЗРС и ПРС, БД НСР, БД установивших соединение с ШС в ФЛС и БД баллистической информации о местоположении НСР на орбите относительно ЗРС и ПРС.
Полезный эффект достигается тем, что при каждом перемещении НСР относительно ЗРС и ПРС нет необходимости переписывать таблицы маршрутизации как это осуществляется в наземных компьютерных сетях, т.к. логика маршрутизации построена по принципу определения текущего местоположения НСР по БД баллистической информации.