[發明專利]一種基于容時延容中斷網絡的平流層主動路由設計方法

在審

• 申請號: 201410453112.2
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104158741A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 楊悅
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H04L12/733
• 分類號: H04L12/733;H04L12/705;G08G5/00;G08G1/01
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

技術領域

本發明涉及一種受限網絡的主動路由設計方法，特別涉及一種基于容時延容中斷(DTN)網絡的平流層主動路由設計方法。

背景技術

容時延容中斷網絡(Delay/Disruption?Tolerant?Networks)，簡記為DTN，是一種計算機網絡體系結構方法，該方法旨在解決異構網絡中缺乏可持續網絡連接或超長傳輸時延情況下的可靠數據傳輸問題。

DTN網絡是一類沒有穩定的端到端傳輸路徑的網絡形態，它由一組帶有無線接收裝置的移動主機組成并且不需要依賴基礎設施控制就可以相互通信。此類網絡也被稱為受限網絡，其特質計有：長時延或可變時延，間歇性的連接，非對稱數據傳輸率和高數據鏈路差錯率。在這類應用環境中，設備之間的通信信道不穩定，有很大的延時及延時抖動，并且長時間處于斷開的狀態，無法保證端到端連接的存在；另一方面又常常伴隨著動態非結構化拓撲的影響以及節點能力的限制，如CPU主頻不高、存儲空間有限、能量受限等。

平流層的網絡就是一種受限網絡。平流層網絡是空天信息網的一部分。空天信息網可分為天、空、地三個層次，天基以衛星為主，空基主要是指無人機和飛艇這類飛行器，地基主要是地面站、信息中心和數據處理中心等應用系統。在平流層中的飛行器，如無人機和飛艇等，將這些飛行器進行組網是非常必要的。例如，在對地觀測系統中，飛艇組網觀測平臺不僅能夠適應高分對地觀測環境的要求，并且可以有效提高觀測系統的時間分辨率和空間分辨率，此外，飛艇組網還能夠建立快速回傳數據通道，增加系統容量，并且進一步提高系統的魯棒性。

平流層路由主要解決的是地面用戶和平流層用戶(主要是用于對地觀測和預警的飛艇和高空氣球)之間通過平流層飛行器實現可靠數據交付的問題。由于地面用戶的移動范圍很有限，而飛艇和高空氣球的機動性不佳，故本方案采用DTN主動路由技術，以機動性能良好的無人機作為擺渡節點，為用戶節點轉發數據。平流層路由方案的核心就是無人機航跡規劃方案。

航跡規劃是指無人機等飛行器為了完成特定的飛行任務，在綜合考慮飛行器的機動性能約束、飛行環境、油耗因素等一系列特定約束條件的基礎上，自動規劃從飛行器起始點到目標點的最優化航空軌跡或者其他滿足一定要求的航空軌跡。在無人機的航跡規劃過程中，不僅要考慮無人機的起飛區、目標區的各種信息，對于飛行途中飛過的區域也要滿足一定的條件限制。這些限制包括飛行器自身的各種飛行限制性條件，比如匹配區、導航點、最小轉彎半徑和最低飛行高度等。

航跡規劃問題類似于旅行商問題，主要面臨在龐大空間內的路徑搜索問題，因而規劃過程相當耗時。而航跡規劃的精度與航跡規劃的時間是一對突出的矛盾，在保證航跡規劃質量的情況下，如何提高航跡規劃的速度用以縮短航跡規劃的時間是一個必須解決的問題。航跡規劃問題要求找到從預設的起點到終點的一條最佳飛行航跡，是個復雜的多目標優化過程，要求滿足環境下外部威脅約束及無人機本身機動性能約束。

將主動路由技術應用到DTN的平流層中，存在以下兩個問題。

一方面，傳統路由策略的目標是找到源節點與目的節點之間的最短路徑，減少數據傳輸的跳數，但延遲容忍網絡中的路由目標并不是如此簡單。延遲容忍網絡中的消息在中間節點的等待時間比傳統網絡中的長的多，這樣會由于緩沖的溢出導致丟失消息的情況出現，所以需要以降低消息丟失的可能性為目標進行路由的設計。

另一方面，已有的航跡規劃方案無法適應平流層的特點，因此，需要針對平流層的特點，如飛行高度，大氣環境等進行航跡規劃算法的設計。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種基于容時延容中斷(DTN)網絡的平流層主動路由設計方法，解決平流層網絡中缺乏可持續網絡連接時的可靠數據傳輸問題。

本發明所采取的技術方案為：

一種基于容時延容中斷網絡的平流層主動路由設計方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)采集容時延容中斷網絡的基本信息；容時延容中斷網絡的基本信息包括節點、節點的度、節點間的邊以及邊的長度。

(2)采用聚類算法，依據地理位置和傳輸時延將全網范圍內的全部節點劃分為若干個互不相交的小區，并在每個小區中選擇一個節點作為匯聚節點；

(3)當源節點向目的節點發送信息時，如果目的節點與源節點位于同一小區內，則轉入步驟(4)；否則，則轉入步驟(5)；

(4)通過負責小區內節點巡航的無人機將信息由源節點發送至目的節點；