[发明专利]一种卫星网络中缓解拥塞的路由方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星通信网络领域，尤其涉及单层卫星网络路由技术。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对通信的需求日益增长，对通信的质量要求也越来越高。最理想的通信目标是实现“点对点”的通信，即在任何时间、任何地点可以与任何人及时地交流信息。作为一种无线通信方式，卫星通信在当代社会发挥着无可替代的作用。近年来，卫星网络越来越受到世界各国的重视，它具有全球覆盖、接入简单、扩展性强、通信容量大和带宽按需分配等优点。在卫星网络中，网络路由技术决定着系统性能，有着重要地位。灵活有效的路由技术可以实现网络负载均衡，提高网络资源的利用率，保障网络的服务质量(QoS)。

卫星网络路由技术也是卫星网络技术的重要组成部分，决定着卫星网络的通信性能。卫星网络路由技术与传统的地面网络路由技术不同，网络拓扑结构的高速变化和星上资源受限等特点，使得卫星网络需要鲁棒性更强的路由算法，而卫星网络的发展趋势决定了其需要为用户提供可靠、准确的QoS。而且，由于卫星网络拓扑具有周期动态性，一般传统的地面通信网络协议不能直接应用于卫星网络中卫星与卫星之间通信，例如TCP/IP协议，这对卫星网络路由技术提出更高要求。

由于经济发展不平衡、人口分布不均的，全球流量分布不均衡，其中，北欧、北美和亚洲等地区人口密度大、经济水平发展速度快，数据业务量相对较大；而非洲和大洋洲地区因为人口密度相对较小，或者经济水平较低，数据业务量相对较小。当卫星覆盖四大洋时，其通信量甚至更小。空间环境错综复杂，再加上用户需要不断提升，需要不断地提出和改进路由算法算法，使得卫星网络高效灵活为地面提供通信服务。

发明内容

本发明应用于LEO层卫星网络包含8个轨道，每个轨道上由9个卫星。每个卫星节点以一定时间间隔Δt产生前向agent FA_s-＞d，FA_s-＞d从源节点出发以一定概率探索合适的路径，寻找目的节点。前向agent FA_s-＞d在排队过程中具有最高优先级。这条路径可以描述为：

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

在这个路径中，源节点产生的agent选择下一跳节点v₁的概率是：

其中，hop_j,d代表agent从源节点s选择下一跳节点j到达目的节点d的最小跳数。

对于任意中间节点v_k，其选择下一跳节点v_k+1的概率是

其中，表示数据流量从节点v_k经节点v_k+1到达目的节点d的概率，N'(i)表示节点i的邻居节点中未被agent访问过的节点。当一个卫星节点邻居节点均被agent访问过，则移除这个agent以防止产生循环回路的现象。

当前向agent FA_s-＞d到达目的节点d时，FA_s-＞d被移除。后向agent BA_s-＞d产生，并沿着路径Path_s-＞d以相反的方向从目的卫星节点d返回源卫星节点s。同样向后agent BA_s-＞d在排队过程中拥有最高优先级。当BA_s-＞d到达任意中间节点v_k，概率路由表被更新。

节点v_k选择下一跳v_k+1(节点v_k+1在agent探索的路径中)的更新概率为：

其中，δ_i,j表示的是卫星节点j缓存占用率，α、β是卫星缓存占用率的阈值，γ、η是常数，用来保证精度，0＜γ＜1，η＞1。当卫星缓存占用率小于阈值α时，数据转发概率变大；当卫星缓存占用率介于α与β之间时，数据转发概率随着卫星缓存增大而减小；当卫星缓存占用率大于阈值β时，数据转发概率变为0。此公式旨在尽量选择比较空闲的下一跳卫星节点。

对于节点如果则更新概率为：

其中，cost_i,j表示节点i与节点j的开销。此公式表示最小路径开销的链路转发概率变大，其余链路转发概率不变、变小或者变为0。

否则，更新概率为：