[发明专利]基于蚁群算法的深空光网络路由方法

说明书

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，特别涉及一种基于蚁群算法的深空光网络路由方法。

背景技术

深空通信(Deep-space Communication)是进行深空探测的基础和支撑，是空、天、地信息交互的唯一手段，也是深空探测器正常运行和发挥其效能的重要保证，在深空探测工程中具有举足轻重的地位；激光通信相对于传统微波通信具有大容量、保密性强、轻便、小型化等优点，光通信已被公认为深空通信系统极具前景的传输技术之一。随着空间激光通信技术的不断成熟，以及深空探测器技术的发展，深空光网络有望成为未来深空通信的重要基础设施和必然发展趋势。

深空光通信网是实现深空高速信息通道的一项战略性基础设施，以深空光通信网为基础，在全球甚至太空范围内实现无缝覆盖的战略互联系统将为对地探测、导航定位、深空探测及遥感遥测等任务的有效实施提供强有力的技术支撑；因此，有效整合现有人造卫星、航天器、空间站、行星探测器等深空基础设施，进而实现空天地一体化宽带互联将成为未来深空探测任务的必然发展趋势；图1为深空光网结构示意图，a为月球，b为拉格朗日点，c为火星，d为同步轨道卫星，e为中轨道卫星，f为低轨道卫星，g为光地面站，h为地球，i为大气层；它包括了火星、月球、地球以及处于行星稳定拉格朗日点的中继卫星之间通信的基本设施；从图中可以看出，地球与绕地同步卫星，卫星之间以及卫星与其它行星之间均存在通信链路；并且地球作为一个网关，可以连接深空光网络以外的其他网络，如因特网；通过深空光网络，深空航天设备之间以及深空航天设备与地球站之间可以通过中继、多跳的方式进行链路数据传输，避免深空中遮挡物对激光通信视距传输干扰，同时减小远距离传输导致的损耗。

然而，激光通信视距传输和长距离传输的特性以及深空探测器供电有限的特点为深空光网络的连通性和路由选择提出更高挑战；为尽量减少额外开销、寻找最优传输路径，可行的深空光网络(Deep-Space Optical Network,DSON)路由算法设计对于提高网络性能至关重要；现有深空光通信研究大多集中在点对点信号传输技术方面；基于深空光通信的组网技术，即深空光通信网的研究仍处于起步阶段，深空光网络设计、单向链路问题及节点能耗是影响深空光网络连通性和网络寿命的重要因素，也是制约网络可扩展能力的关键条件，在基于蚁群算法的深空光网络路由方法中具有重要的研究意义；现有深空光设计网络路由方法主要采用传统蚁群算法(TACA)，传统的蚁群算法中对于链路中出现的单向链路，是直接将此链路屏蔽，会造成网络资源的浪费，深空探测器有限的电量供应影响网络节点路由器寿命，传统的蚁群算法并未考虑电量问题，容易造成网络过早死亡，并且，传统蚁群算法收敛速度慢，计算不方便。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于蚁群算法的深空光网络路由方法，以达到实现深空光网络中的单向路径数据传输、减少节点路由器能耗问题和提高计算收敛速度的目的。

本发明技术方案如下：

基于蚁群算法的深空光网络路由方法，包括以下步骤：

步骤1、初始化网络，随机设定深空光网络中一个路由器为源路由器，另一个路由器为目的路由器，根据设定的源路由器和目的路由器，设置深空光网络中的网络约束条件；所述的约束条件包括：

带宽约束：源路由器到目的路由器任一路径的带宽大于等于设定值；

延时约束：源路由器到目的路由器任一路径的时延小于等于设定值；

延时抖动约束：源路由器到目的路由器任一路径的时延抖动小于等于设定值；

丢包率约束：每个路由器传输数据的丢包率小于等于设定值；

路由器剩余电量约束：在当前路由器的下一跳可选路由器集中，选择剩余电量最大的路由器为下一跳路由器；

步骤2、在深空光网络中，根据网络约束条件，保留满足条件的路径和路由器；

步骤3、根据蚁群算法获取深空光网络的最优路径，具体步骤如下：

步骤3.1、设定信息素增量为0，当前循环迭代次数为0，设定蚁群规模数和最大循环迭代次数；

步骤3.2、在源路由器中构建设定规模数的前向蚂蚁，获得每只前向蚂蚁由当前路由器到达下一跳可选路由器集中每一条路径的转移概率，并选择转移概率最大的路径作为前向蚂蚁的移动路径；