[发明专利]一种面向航空集群网络的低时延高可靠路由方法

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1.一种面向航空集群网络的低时延高可靠路由方法，其特征在于，包括：

步骤1、构建航空集群网络虚拟骨干网：

以节点可用带宽和节点度为参数，构造节点权值函数公式；基于节点权值进行连通支配集的选取以完成虚拟骨干网的构建；其中，节点权值越大，节点路由转发能力越强；节点权值函数为：

式中，d(u)为节点度，N是一个支配点可支配其它被支配点的理想数量，N的取值为网络的平均节点度；δ是恒大于零的常数，B_u是节点可用带宽，B_thr是节点可用带宽阈值；其中，

在步骤1中，基于MIS构造算法和CDS算法构建航空集群网络虚拟骨干网；

MIS构造算法的实现通过dominator分组和dominated分组的收发来完成，基于节点权值w(u)进行极大独立集的选取；设定网络节点数为n，表示节点u的一跳邻居集，N_u(w)表示节点N(u)中所有节点的权值信息集合，N_u(w)＝{w(i)|0in，i≠u}；设定C(u)表示节点状态：

MIS构造算法的流程为：

步骤11、初始化C(u)＝0；

步骤12、判断是否存在w(i)大于w(u)，w(i)∈N_u(w)；若存在，则不进行任何操作；否则，转至步骤13；

步骤13、判断是否存在i，0in，使得w(i)等于w(u)；若存在，在集合{i,u}中选择IP地址低8位最大的节点v，设置C(v)＝2，并广播dominator分组；否则，设置C(u)＝2,广播dominator分组；

步骤14、x≠u，v，若收到dominator分组，设置C(x)＝1，广播dominated分组；

步骤15、y≠x，判断C(y)是否等于2，若等于2，则不做任何操作；否则，y从N(y)删除x；

步骤16、若不存在C(u)＝0的情况，则MIS构造完成；否则，转至步骤12；

将上述MIS算法所得C值为2的所有节点u构成集合D(n)，C值为1的所有节点v构成集合E(v)；由MIS构建CDS的方法为：

步骤17、发送CALL分组，收到CALL分组后，将自身w(u)添加到该CALL分组中并转发该分组；若同一时刻收到多个支配节点发送的CALL分组，则只转发w(u)最大的支配节点的CALL分组，其余直接丢弃；

步骤18、收到CALL分组后，若收到CALL分组数只有一个，产生一个ACCESS分组，ACCESS分组的传播路径正好与接收到CALL分组的传播路径相反；否则选取其中w(u)最大的CALL分组，产生一个ACCESS分组，ACCESS分组的传播路径与该w(u)最大的CALL分组的传播路径相反；

步骤19、接收到ACCESS分组的节点将自身C值设置为2，将自身状态改为支配节点；

上述过程完成后，所有C值为2的节点构成CDS，CDS构建完毕；

步骤2、基于虚拟骨干网的低时延高可靠路由协议：

对网络节点为骨干节点或非骨干节点进行判断；

骨干节点处理收到的HELLO分组，获取2跳范围内的拓扑信息生成并维护邻居表，并基于吸收度机制选择MPR集；骨干节点处理收到的TC分组，感知虚拟骨干网全局拓扑信息，生成并维护虚拟骨干网拓扑表；以所生成的拓扑表为基础，低时延高可靠路由协议通过负载均衡机制并结合路径业务流量的变化，计算最优路由，建立路由表；其中，所述吸收度机制为对于任意一个节点I，I∈N(S)，N(S)表示源节点S的一跳邻居集，I的吸收度即指存在到节点I的N₂(I)中孤立节点的个数；所述孤立节点为其中N₂(S)表示源节点S的两跳邻居集，N₃(S)表示源节点S的三跳邻居集，若存在节点Y没有链路到节点M，这样的Y节点被称为孤立节点；

非骨干节点处理收到的HELLO分组，生成并维护自身邻居表和邻居对照表，通过邻居表获知自身两跳邻节点的路由信息，通过邻居对照表获知与自身具有一一映射关系的邻居骨干节点的信息；其中，

在步骤2中，基于所述负载均衡机制设计ARIMA-SVR组合预测模型，实现对航空集群网络链路负载的精确预测；ARIMA-SVR组合预测模型的预测方法为：

步骤a、对于当前时刻负载函数序列，通过ARIMA模型，利用差分法对其进行平稳化处理，通过检验确定最优预测进行负载预测，得到线性预测结果；且该预测结果与原负载函数序列的残差隐含了该负载函数序列的非线性特征；

步骤b、将步骤a得到的残差代入SVR模型，通过非线性映射到高维特征空间，采用高斯函数作为核函数确定线性函数，得到残差的修正值；

步骤c、将步骤a得到的线性预测结果和步骤b得到的残差的修正值相加，得到下一时刻负载预测值；

所述步骤2包括：

步骤21、初始化MPR集合为Φ，将N(S)中意愿度为WILL_ALWAYS的节点加入MPR(S)；

步骤22、计算N(S)中所有节点的连接度，连接度指N(S)中节点所能连接的两跳邻居节点的个数；

步骤23、在N(S)中选择节点I，N₂(S)中存在部分节点必须通过I才能与节点S通信，将I加入MPR(S)，同时将能够通过I到达的N₂(S)中的节点从N₂(S)中去除，重复步骤23，直到所有满足步骤23条件的节点都加入MPR(S)中；

步骤24、若此时N₂(S)中还有节点未被覆盖，重复执行以下步骤直到所有N₂(S)中节点都被覆盖：

步骤241、对节点S，计算其N(S)中未加入MPR集合节点的覆盖度，覆盖度指N(S)中节点所能覆盖剩余两跳邻居节点的个数；

步骤242、选择覆盖度不为0、意愿度最高的节点加入MPR；

步骤243、如果有多个满足步骤242条件的节点，选择覆盖度最高的节点加入MPR(S)，并将覆盖的N₂(S)中节点去掉；

步骤244、如果仍有多个满足步骤243条件的节点，选择连接度最高的节点加入MPR(S)，并将覆盖的N₂(S)中节点去掉；

步骤245、在上述步骤完成后，如果仍有多个节点存在连接度和覆盖度相同的情况，则选取吸收度更高的节点加入MPR集；

其中，N(S)为源节点S的一跳邻居集；N₂(S)为源节点S的两跳邻居集；MPR(S)表示节点S的MPR集合；“意愿度”指节点愿意为其他节点提供路由转发的程度，取值为0～7，取值越高，表明节点愿意提供路由转发服务的意愿越高；当取值为7时，意愿度表示为WILL_ALWAYS，表明节点总能提供路由转发服务；

通过ARIMA-SVR组合预测模型，节点将获得的邻居节点下一时刻的负载预测值作为路由路径选择的依据，避免网络拥塞的发生；设置负载阈值为2/3，即负载预测值超过2/3时，会产生网络拥塞；

步骤246、源节点过查找邻居表和拓扑表，在多条可用路由中，通过接收处理邻节点的HELLO分组，通过ARIMA-SVR组合预测模型获知所有邻节点下一时刻的负载情况；

步骤247、如果所有邻节点的负载预测值都小于2/3，则依据最短路径原则确定跳数值，建立路由表；

步骤248、如果存在邻节点负载预测值大于2/3，则在剩余邻节点中依据最短路径原则确定跳数值，建立路由表；

步骤249、如果所有邻节点负载预测值都大于2/3，则选择下一时刻负载预测值最小的邻节点作为下一跳节点，之后依据路径最短原则确定路由跳数值，建立路由表。