[发明专利]一种面向动态不确定网络的时延最小路由算法

说明书

本发明公开了一种面向动态不确定网络的时延最小路由算法，包括建立动态拓扑，建立动态不确定网络，按周期性特征转化为静态不确定网络，计算静态不确定网络中最小时延的不确定分布，根据时延阈值找出最大信度时延最小路径。本发明的方法考虑了处理时延的认知不确定性，提出了基于不确定理论的动态不确定网络建模方法，为受认知不确定性影响的移动通信网络建模提供了一种新的建模思路。同时，能够对动态不确定网络实现最大信度时延最小路径的计算，能够为受认知不确定性影响的移动通信网络的路由决策提供支持。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种面向动态不确定网络的时延最小路由算法。

背景技术

随着互联网规模的增加和技术的提高，人们对信息获取需求的不断增加，移动通信技术在通信领域中起到至关重要的作用，移动通信网络的应用越来越广泛。在移动通信网中，时延是网络服务质量的重要指标之一，描述了数据从源节点出发经过多个通信链路到达目的节点所需的时间，可以分为传输时延、传播时延、处理时延和排队时延。其中处理时延是指主机或路由器对数据进行处理所需的时间；传播时延是指信号在传输通道上传播一定距离需要花费的时间，主要取决于链路的长度；传输时延是指主机或路由器以一定速率发送数据所需要的时间，主要取决于信道的带宽；排队时延是数据发送前在发送队列中排队的时间，取决于网络的拥塞状况。

以卫星通信网络为例，这类网络在设计中为了保证低时延，带宽设计裕量充足，因而通常可以忽略传输时延和排队时延。这样，网络端到端时延就主要取决于传播时延和处理时延。由于卫星通信网络呈现动态周期性变化，网络的链路长度也呈周期性变化，因而其传播时延可以视作随时间变化的确定性变量。考虑到卫星通信网络部署前难以真实模拟在轨状态，其处理时延具有不确定性特征，属于不确定性变量。为了保证服务质量，时延最小是重要的路由目标。确定时延最小路由时，通常把网络节点和链路抽象成拓扑，并将处理时延和传播时延相加赋权到链路上，此时链路时延是一个动态不确定性变量。为了对这类含动态不确定性变量的网络计算时延最小路由，俞峰^[1]将其描述为动态随机网络，并使用概率论来研究这些动态不确定性问题。然而由于缺乏观测数据，卫星通信系统中的处理时延主要受认知不确定性影响，进而导致基于概率论的时延最小路由算法并不适用。为了能够处理和量化认知不确定性，刘保锭教授提出了不确定理论^[2]，该理论为处理不确定因素提供了一种新的研究方法。本专利将卫星通信系统这样的移动通信系统描述成动态不确定网络，并基于不确定理论给出动态不确定网络的时延最小路由算法。

下面介绍一些相关的不确定理论的知识。

不确定测度：设Γ是一个非空集合，是Γ上的一个σ-代数，则中的元素被称Λ为事件。将三元组称作一个不确定空间。不确定测度是从到[0,1]的一个满足以下4条公理的集函数：

公理1(规范性)对于全集Γ，有

公理2(对偶性)对于任意事件Λ，有

公理3(次可加性)对于一列可数的事件序列Λ₁，Λ₂，…，有

公理4(乘积公理)令为一列不确定空间，乘积σ-代数上的乘积不确定测度满足

不确定变量：设ξ是从不确定空间到实数集R的一个函数，如果对于任意的Borel集合B，集合{ξ∈B}＝{γ∈Γ|ξ(γ)∈β}是一个事件，则称ξ是一个不确定变量。

不确定分布：一个不确定变量ξ的不确定分布Φ被定义为Φ(x)＝{ξ≤x}，其中x为任意实数。

不确定运算法则：假设ξ₁，ξ₂，…，ξ_n是相互独立的不确定变量，且分别严格服从正则的不确定分布Φ₁，Φ₂，…，Φ_n。如果f是一个严格递增的函数，则ξ＝f(ξ₁，ξ₂，…，ξ_n)存在逆不确定分布为