[發明專利]空天地一體化網絡中基于快照樹模型的可靠性映射算法

有效

• 申請號: 202210284265.3
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114697221B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 曲樺;趙季紅;馬楠;魏鋒;余秋雨
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04L41/0895
• 分類號: H04L41/0895;H04L41/12;H04L41/142;H04L41/14;H04L67/60
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種空天地一體化網絡中基于快照樹模型的可靠性映射算法，本發明中基于等變化率劃分的快照樹模型，契合一體化網絡的時變特性，底層按等變化劃分快照是實際物理網絡的真實寫照，體現了建模的精確性；接著按等變化率二次劃分依據最優化原則向上融合，使得樹結構遍歷時可以及時剪枝，反映了求解的高效性，并且支持跨多張快照聯合映射，提高了映射的接受率；本發明定義的物理網絡中節點和鏈路的可靠度，可以在映射規劃階段盡可能選取可靠度高的物理網絡去映射，提高了映射算法的成功率和可靠性。

技術領域

本發明屬于空天地一體化信息網絡領域，具體涉及一種空天地一體化網絡中基于快照樹模型的可靠性映射算法。

背景技術

隨著5G商用在世界各國的普及，以及信息服務空間上的不斷擴大，各組織機構、學者已將研究目標轉向未來的6G網絡。目前地面網絡僅能覆蓋地球表面的10％左右，絕大部分海洋和偏遠山區難以享受服務。因此，抗震救災、氣象預測以及交通管理等領域的服務都依賴于支持不同頻段、更加智能的空天地融合網絡來實現，它是對衛星網、空中無人機群和地面網絡的深度融合，可以共享多個獨立的網絡系統之間的數據，實現廣域全覆蓋和網絡的互聯互通。

對于空天地一體化網絡，其固有的異構性、時變性和自組織性，使得多維資源局限于網絡的各個層次，沒有互操作性和統一的全局調配，無法適應個性化業務的需要。同時，由于網絡所涉及的領域廣泛，必須支撐各類全新的網絡結構、設備、功能和業務特點，這對網絡的可擴展性提出了更高的要求。網絡虛擬化在不改變底層網絡架構的情況下可以實現靈活多樣化的網絡業務，成為解決上述問題的有效途徑。在網絡虛擬化中，多個虛擬網絡共享底層網絡中的所有物理資源，并且每個虛擬網絡具有特定的資源約束，所以在滿足各個虛擬網絡資源需求的基礎上，如何映射虛擬網絡,就成為了網絡虛擬化成功應用的關鍵所在。

目前對空天地一體化網絡的虛擬映射研究甚少，基于地面網絡的虛擬網絡映射算法的研究相對比較成熟。傳統的優化目標是最大收益或最小成本，一般將映射過程分為兩個階段，節點映射時，先在度中心性、中介中心性和緊密中心性等多個指標中選取一些衡量節點的重要程度，再結合節點資源進行排序后貪婪映射，鏈路映射一般就采用最短路徑算法。這類算法一方面在資源考慮上單一，和一體化網絡的資源多維性有巨大的差異；另一方面不適用于衛星網絡、無人機機群高移動、高時延的特性，對大規模網絡業務的覆蓋性降低。

基于衛星網絡的虛擬映射算法也有限，現有的映射算法針對衛星節點的高風險性以及衛星鏈路的不穩定性，多采用故障恢復機制來減少衛星故障對其上映射的虛擬實體的影響。并沒有解決時變性導致的網絡拓撲不穩定的情況，還是在一個靜態的物理拓撲上實施映射方案，難以精準的建模網絡的真實結構，導致一體化網絡中的虛擬映射可靠性很低。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種空天地一體化網絡中基于快照樹模型的可靠性映射算法，針對空天地一體化網絡高時變，拓撲不穩定的特點，將動態拓撲按照一定的規則劃分為一系列靜態拓撲，提出了基于等變化率劃分的快照樹模型，并且為了提高映射的可靠性，結合網絡特征定義了底層物理網絡節點和鏈路的可靠度。

為了達到上述目的，本發明包括以下步驟：

S1，對物理網絡和虛擬網絡建模，建立虛擬網絡映射模型；

S2，根據虛擬網絡映射模型，建立約束模型和映射算法評估模型；

S3，針對空天地一體化網絡的時變特性，建立基于等變化率劃分的快照樹模型；

S4，根據底層物理網絡拓撲的特征，定義快照樹模型的底層物理網絡節點和鏈路的可靠度；

S5，基于映射算法評估模型，按節點-鏈路兩階段映射算法實施映射方案。

S1中，物理網絡建模為無向加權圖其中，N^P和L^P分別是空天地融合網絡中的節點集合和鏈路集合，和表示空天地融合網絡中節點和鏈路的屬性集合。