[發明專利]一種衛星網絡中緩解擁塞的路由方法

在審

• 申請號: 201710033872.1
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106792898A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 謝剛;趙超;劉元安;高錦春;劉凱明
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W40/12;H04W40/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于衛星通信網絡領域，尤其涉及單層衛星網絡路由技術。

背景技術

隨著社會經濟的發展，人們對通信的需求日益增長，對通信的質量要求也越來越高。最理想的通信目標是實現“點對點”的通信，即在任何時間、任何地點可以與任何人及時地交流信息。作為一種無線通信方式，衛星通信在當代社會發揮著無可替代的作用。近年來，衛星網絡越來越受到世界各國的重視，它具有全球覆蓋、接入簡單、擴展性強、通信容量大和帶寬按需分配等優點。在衛星網絡中，網絡路由技術決定著系統性能，有著重要地位。靈活有效的路由技術可以實現網絡負載均衡，提高網絡資源的利用率，保障網絡的服務質量(QoS)。

衛星網絡路由技術也是衛星網絡技術的重要組成部分，決定著衛星網絡的通信性能。衛星網絡路由技術與傳統的地面網絡路由技術不同，網絡拓撲結構的高速變化和星上資源受限等特點，使得衛星網絡需要魯棒性更強的路由算法，而衛星網絡的發展趨勢決定了其需要為用戶提供可靠、準確的QoS。而且，由于衛星網絡拓撲具有周期動態性，一般傳統的地面通信網絡協議不能直接應用于衛星網絡中衛星與衛星之間通信，例如TCP/IP協議，這對衛星網絡路由技術提出更高要求。

由于經濟發展不平衡、人口分布不均的，全球流量分布不均衡，其中，北歐、北美和亞洲等地區人口密度大、經濟水平發展速度快，數據業務量相對較大；而非洲和大洋洲地區因為人口密度相對較小，或者經濟水平較低，數據業務量相對較小。當衛星覆蓋四大洋時，其通信量甚至更小。空間環境錯綜復雜，再加上用戶需要不斷提升，需要不斷地提出和改進路由算法算法，使得衛星網絡高效靈活為地面提供通信服務。

發明內容

本發明應用于LEO層衛星網絡包含8個軌道，每個軌道上由9個衛星。每個衛星節點以一定時間間隔Δt產生前向agent FA_s-＞d，FA_s-＞d從源節點出發以一定概率探索合適的路徑，尋找目的節點。前向agent FA_s-＞d在排隊過程中具有最高優先級。這條路徑可以描述為：

Path_s-＞d＝[s,v₁,v₂,···,v_k-1,v_k,v_k+1,···,v_n,d].

在這個路徑中，源節點產生的agent選擇下一跳節點v₁的概率是：

其中，hop_j,d代表agent從源節點s選擇下一跳節點j到達目的節點d的最小跳數。

對于任意中間節點v_k，其選擇下一跳節點v_k+1的概率是

其中，表示數據流量從節點v_k經節點v_k+1到達目的節點d的概率，N'(i)表示節點i的鄰居節點中未被agent訪問過的節點。當一個衛星節點鄰居節點均被agent訪問過，則移除這個agent以防止產生循環回路的現象。

當前向agent FA_s-＞d到達目的節點d時，FA_s-＞d被移除。后向agent BA_s-＞d產生，并沿著路徑Path_s-＞d以相反的方向從目的衛星節點d返回源衛星節點s。同樣向后agent BA_s-＞d在排隊過程中擁有最高優先級。當BA_s-＞d到達任意中間節點v_k，概率路由表被更新。

節點v_k選擇下一跳v_k+1(節點v_k+1在agent探索的路徑中)的更新概率為：

其中，δ_i,j表示的是衛星節點j緩存占用率，α、β是衛星緩存占用率的閾值，γ、η是常數，用來保證精度，0＜γ＜1，η＞1。當衛星緩存占用率小于閾值α時，數據轉發概率變大；當衛星緩存占用率介于α與β之間時，數據轉發概率隨著衛星緩存增大而減小；當衛星緩存占用率大于閾值β時，數據轉發概率變為0。此公式旨在盡量選擇比較空閑的下一跳衛星節點。

對于節點如果則更新概率為：

其中，cost_i,j表示節點i與節點j的開銷。此公式表示最小路徑開銷的鏈路轉發概率變大，其余鏈路轉發概率不變、變小或者變為0。

否則，更新概率為：