[发明专利]一种卫星网络SDN多控制域的规划方法

说明书

本发明涉及一种卫星网络SDN多控制域的规划方法，包括如下的步骤：S1：对LEO卫星网络中的卫星控制器节点和交换机节点进行编码，在约束关系下随机初始化多控制域规划方案；S2：进行个体适应度值计算；S3：确定各个层级的结合能和结合态；S4：在光子的发射、吸收部分的更新策略中引入自适应权重和反向学习机制，更新电子状态；S5：循环步骤S3至S4进行迭代寻优，直至达到最大迭代次数，输出最佳结合能和结合态；S6：解码，形成最优的卫星网络SDN多控制域的规划策略。本发明使用原子轨道搜索算法并进行优化改进，引入自适应权重和反向学习机制更新电子状态以适用于卫星网络多控制域的规划问题，以提升网络时延性能并实现网络均衡负载。

技术领域

本发明属于卫星网络技术，具体是一种基于改进原子轨道搜索算法的卫星网络SDN多控制域的规划方法。该方法需在基于SDN的卫星网络架构，构建了卫星网络的时延和网络负载均衡模型，通过改进的原子轨道搜索算法优化多控制域的规划的效果，进一步降低网络时延和提高控制器的负载均衡效果。

背景技术

软件定义网络(Software Define Network，SDN)解耦了控制平面和数据平面，能够以全局视角分配网络资源，并制定有效的资源分配策略，同时具有灵活集中控制的优势特征。SDN抽象了网络的不同、可区分的层，使网络变得敏捷和灵活。SDN由应用平面、数据平面和控制平面共同组成。应用平面由各种网络应用组成；数据平面由网络中的物理交换机组成；控制平面作为SDN的核心，管理整个网络的策略和流量。这SDN的三个平面主要通过API接口实现通信，北向接口建立了应用平面和控制平面的通信，控制平面和数据平面的通信与交互主要由南向接口得以实现。SDN的出现，改变了传统网络分布式管理的思路，可通过控制平面的控制器来管理底层硬件设备，编排网络业务，同时降低了运维成本，提升了运维效率。

随着卫星互联网技术的迅猛发展和卫星网络用户的快速增长，传统卫星网络存在的网络配置不灵活、多种协议并存、不同网络异构等弊端逐渐显现。借鉴SDN在地面网络的成熟经验，考虑将SDN引入卫星网络，使得数据平面的卫星仅需完成简单的数据转发和硬件配置，控制平面的卫星完成流表的下发和资源配置等功能，简化了卫星网络配置，降低了网络成本。

原子轨道搜索算法(Atomic orbital search,AOS)是于2021年提出的一种新型智能优化算法，该算法主要是基于量子原子理论而提出的，该算法借鉴了电子密度构型、原子对能量的吸收及发射的基本原理进行迭代寻优，具有寻优能力强，收敛速度较快的优势。原子轨道搜索算法中的一个电子代表一个个体种群，电子的能量状态对应个体种群的目标函数值，通过光子速率来代表光子对电子作用的概率，若随机概率大于光子速率则说明光子对电子存在一定的作用，否则认为光子对电子不存在作用，可能为粒子或磁场作用等。光子对电子的作用又可基于各层的结合能进行判断，当该电子的能量状态大于所有电子能量状态的平均值时，体现了光子的发射作用，否则为光子的吸收作用。

即使采用了原子轨道搜索算法，现有的卫星网络SDN多控制域的规划问题仍然体现在卫星网络时延长，负载不够均衡。

基于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决卫星网络时延和负载均衡因素共同影响下的卫星网络多控制域的规划问题，提出一种基于改进原子轨道搜索算法的卫星网络SDN多控制域的规划方法。本发明使用原子轨道搜索算法并进行优化改进，引入自适应权重和反向学习机制更新电子状态以适用于卫星网络多控制域的规划问题，根据多控制域的规划方法匹配控制器与交换机的关系，以提升网络时延性能并实现网络均衡负载。

本发明提供的一种卫星网络SDN多控制域的规划方法，采用基于SDN的卫星网络架构，基于改进原子轨道算法对卫星网络时延和负载均衡模型进行求解，根据输出具有最低能量状态的电子，解码成卫星网络多控制域的规划方法，其包括如下的步骤：

S1：对LEO卫星网络中的卫星控制器节点和交换机节点进行编码，在约束关系下随机初始化多控制域规划方案；