[发明专利]一种低轨卫星网络中基于蚁群优化的负载均衡路由方法

说明书

本发明属于卫星通信技术领域，涉及一种低轨卫星网络中基于蚁群优化的负载均衡路由方法；所述路由方法包括任意蚂蚁基于卫星之间的链路距离、时延抖动与拥塞程度计算出与当前卫星相邻的链路的选路概率，并依据概率最大原则选择出下一跳卫星；将数据包转发给下一跳卫星，根据局部更新公式更新当前卫星走过路径上的信息素，继续依据概率最大原则选择出下一跳卫星；否则将数据包转发给目的卫星，根据局部更新和全局更新公式更新路由拓扑上所有链路上的信息素；当所有蚂蚁都完成卫星的链路选路后，选择出时延最低的路径作为当前卫星的路由路径；本发明不仅可以保证低时延，还能引导流量分布在较空闲的链路上，提升了整个网络的可靠性。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，涉及一种低轨卫星网络中基于蚁群优化的负载均衡路由方法。

背景技术

由于低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星高度一般为1000km左右，相较于20000km以上高度的中高轨卫星，低轨卫星信号传输路径更短，信号时延和功率损耗更小，正日益成为卫星通信领域的热门话题。但是，除了轨道高度较低之外，LEO卫星网络还具有链路切换频繁和高动态拓扑变化的特点，路由计算开销会大大占用有限的星上计算资源。此外，由于星座规模大，地面网络的路由协议在拓扑变化后难以快速收敛，导致丢包率增加，吞吐量下降。因此，适用于卫星网络的路由协议应该不同于现有的用于地面网络的协议，必须针对卫星网络的结构特点研究和设计新的路由算法。

目前最常用的星上路由选择算法依然是基于虚拟拓扑控制策略下的连续快照路由算法，该算法不仅在计算上很复杂，需要计算卫星位置和最短路径。而且，这些预先计算好的路由不具备动态处理突发情况的能力，大大降低星间路由的有效性，也不能提供服务质量的保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于低轨卫星网络的基于蚁群优化的负载均衡路由策略。该路由策略首先利用低轨卫星轨道的周期特性以及星座结构的可预测特性，采用虚拟拓扑的控制策略得到一个卫星系统运行周期内的连续静态拓扑快照。然后，利用星间链路距离、时延抖动与拥塞程度计算星间链路的转移概率，每次选取概率最大的链路转发数据包，同时根据局部信息素更新规则更新已选的星间链路的信息素。当任意一只蚂蚁成功的完成路由选择后，记录当前成功路径并更新全局链路信息素。

本发明解决上述技术问题采用如下的技术方案：

一种低轨卫星网络中基于蚁群优化的负载均衡路由方法，所述路由方法包括以下步骤：

任意蚂蚁基于卫星之间的链路距离、时延抖动与拥塞程度计算出与当前卫星相邻的链路的选路概率，并依据概率最大原则选择出下一跳卫星；

判断选择出的所述下一跳卫星是否为目的卫星；

若不是目的卫星，则将数据包转发给所述下一跳卫星，根据局部更新公式更新当前卫星走过路径上的信息素，继续依据概率最大原则选择出下一跳卫星；

若是目的卫星，则将数据包转发给所述目的卫星，根据局部更新和全局更新公式更新路由拓扑上所有链路上的信息素，存储当前卫星到目的卫星的一条路由路径；

当所有蚂蚁都完成卫星的链路选路后，比较每次找到的路径，选择出时延最低的路径作为当前卫星的路由路径。

本发明是一种低轨卫星网络中基于蚁群优化的负载均衡路由方法。本发明在原有的路径策略上还考虑了时延抖动和拥塞程度对链路概率的影响，对蚁群算法进行改进，并选取概率最大的链路转发数据包，当所有蚂蚁都完成选路，选取时延最小的路径作为最优路由。

与传统的快照路由算法相比，本发明基于蚁群优化的方式，将链路距离、时延抖动与拥塞程度加入概率选路公式中，当卫星中某个卫星遇到突发拥塞时，可使网络的时延降低37％，丢包率降低41％，能达到很好的负载均衡的效果。本发明不仅可以保证低时延，还能在遇到一定拥塞的情况下，依然能找到一条较优的路径，即引导流量分布在较空闲的链路上，提升了整个网络的可靠性。

附图说明