[发明专利]基于改进蚁群的SDN卫星网络多QoS约束路由方法

权利要求书

1.一种基于改进蚁群的SDN卫星网络多QoS约束路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过SDN技术对多层卫星网络进行组网重构，基于SDN卫星网络的逻辑架构可分为用户层、控制层、数据转发层以及南向接口和北向接口，其中各卫星间的通信链接又分为ISL星际链路、IOL星际链路和UDL星际链路；

S2、通过增强分组虚拟拓扑策略对数据转发层进行拓扑优化，得到数据转发层MEO/LEO双层优化网络拓扑；

所述步骤S2中增强分组虚拟拓扑策略具体为：对LEO卫星进行分组划分管理，使每一个LEO卫星选择对其信号覆盖时间最长的MEO卫星作为其管理员，重构MEO/LEO拓扑网络；

S3、通过控制层和南向接口获取当前时隙内数据转发层MEO/LEO的全局网络状态信息，并采用图论将数据转发层MEO/LEO双层优化网络拓扑抽象为加权图模型；

S4、根据SDN卫星网络的控制层对于全局网络状态信息掌控的工程特征对蚁群算法进行改进，得到改进的蚁群算法；

所述步骤S4中改进的蚁群算法的启发函数θ_uv为：

其中，delay^*(u，v)为实际链路参数归一化后的链路(u，v)时延，bandwith^*(u，v)为实际链路参数归一化后的链路(u，v)带宽，loss^*(u，v)为实际链路参数归一化后的链路(u，v)丢包率；

所述步骤S4中改进的蚁群算法的状态转移规则表达式为：

其中，α为信息素浓度值对于蚂蚁路径寻优的影响因子，β为启发函数θ_uv对于蚂蚁路径寻优的影响因子，τ_uv(t)为t时刻链路(u，v)上的信息素浓度值，u和v为任意两卫星节点，allowed_k表示蚂蚁k在节点u选择下一节点的集合，p为取值范围在[0，1]之间的随机数，P₀∈[0，1]为常数参数，有P₀比例的蚂蚁若在节点u会选择具有[τ_uv(t)]^α[θ_uv]^β最大值的节点作为下一跳节点v，相对应有1-P₀比例的蚂蚁若在节点u会以概率公式进行下一跳节点v的偏向性搜索，y代指allowed_k集合中的任意节点；

S5、通过改进的蚁群算法对加权图模型进行多QoS约束路由计算，得到符合QoS约束的最优路径；

所述步骤S5包括以下步骤：

S51、初始化各参数，包括：初始信息素浓度τ(0)、源节点卫星s，目的节点卫星d、信息素因子α、启发函数因子β、信息素残留系数ρ、搜素蚂蚁数量M_num以及设置的最大迭代次数NC_max；

S52、将蚂蚁置于源卫星节点s，并将此节点加入禁忌表；

S53、根据状态转移规则函数，完成蚂蚁对下一跳节点的跳转，并将选中的节点写入禁忌表，防止重复走此节点；

S54、判断蚂蚁此时所处节点是否为目的卫星节点，若是，则表示此蚂蚁寻路成功，跳转至步骤S56；若否，则执行步骤S55；

S55、蚂蚁需要判断此时所处节点的集合allowed是否为空集，若是，则表示没有下一跳可选节点跳转，此蚂蚁寻路失败，跳转至步骤S56；若否，则跳转至步骤S53；

S56、进行信息素的更新：蚁群每次迭代结束后，采用TOPSIS算法对各可行路径的多QoS参数信息进行融合评价，以完成对各路径的信息素增量值计算；建立各可行路径的m×n阶的属性矩阵H＝(x_mn)，并依次求得加权矩阵Q＝(q_mn)、理想最佳解q⁺，理想最差解q^-、单只蚂蚁的相似紧密度值与信息素增加量经过链路(u，v)所有蚂蚁新释放的信息素总增量值Δτ_uv(t，t+1)，进而以公式τ_uv(t+1)完成对全部路径的信息素更新，并将迭代次数NC自增1；

S57、判断迭代次数NC是否达到最大设定迭代次数NC_max，若是，则跳转至步骤S58，若否，则跳转至步骤S52；

S58、判断所有蚂蚁是否都沿着相同的路径游走，若是，则此时的路径即为当前问题的最优解路径；否则跳转至步骤S59；

S59、采用minf函数进行路径抉择，得到符合QoS约束的最优路径。