[发明专利]一种分域星上路由决策与波长分配优化方法

说明书

本申请提供卫星卫星通信技术领域中的一种分域星上路由决策与波长分配优化方法。在卫星通信路由与波长分配技术领域中，现有技术一般集中式路由与波长分配方法，这些集中式路由与波长分配方法虽然可以在理论上寻找到路由最优解，有效减小路由阻塞率并极大提高网络吞吐量，但实际上随着卫星网络规模逐渐扩大，卫星网络全局信息的获取也成为了难题，这些算法并不能实际应用于大规模卫星网络中。本方法创新地提出了分域星上路由决策与波长分配优化方法，以分域的形式对卫星网络分布式管控，提出了基于独立分层多智能体深度强化学习的路由决策优化，减小了网络状态信息获取难度，同时采用信息素机制维持相邻域的网络信息沟通，提高了卫星网络路由与波长分配成功率，有效提高网络链路利用率。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别是涉及一种分域星上路由决策与波长分配优化方法

背景技术

随着即时通信业务和视频点播业务需求的急速上涨，与物联网技术的飞速发展。在万物互联的时代，不仅存在人与人之间的通信需求，物与物之间的通信也变得更为频繁与重要。此外，对于遥远山区与海洋的通信需求也逐渐显现出来。传统的地面网络受限于容量和覆盖面积已经无法完全满足大数据传输与高可靠性接入服务。因此卫星网络因为其独有的高覆盖、长距离、多接入能力使其在未来网络发展的重要性日渐加深。其中，随着小型轻量化的激光器投入生产并在卫星上进行使用，卫星光网络已经成为卫星网络中不可或缺的组成部分。而普通波分复用光网络存在着波长颗粒度大的问题，导致大量通信资源被浪费。为了解决这一问题，一系列路由与波长分配算法被提出，这使得在卫星光网络的波长资源利用率得到了大大提高。

路由与波长分配算法是决定卫星光网络性能的关键技术，路由是指在网络拓扑中从源节点到目的节点的路径顺序。相对于地面通信网络，卫星网络拓扑具有高动态性且节点分布比地面网络拓扑的更为密集与规律，故而采用常规的路由算法会导致卫星拓扑的局部流量堆积导致通信请求资源预留失败，且因为卫星星座链路会随着时间而产生断联现象，这就使得现有地面通信网络路由算法不适用于卫星通信，需要在地面通信网络路由算法的基础上进行卫星通信网络路由算法的研究，所以随着卫星网络的发展卫星路由算法也渐渐成为国内外学者的研究方向。在波长分配方面，不合理的波长分配方式会导致卫星光网络中产生大量的波长碎片，这些波长碎片的波长容量无法满足单个业务的需求，但波长碎片的过多累计也会导致波长资源的过度浪费，因此波长分配也是光网络中的重要问题之一。

现阶段，基于LEO的单层卫星星座网络结构经过近几十年的快速发展，卫星光网络可以承担全球物联网的接入和传输功能。由几十颗卫星组成的光学卫星网络可以提供几乎全球的覆盖范围。低轨卫星通过形成星座提供足够的地面覆盖面积。此外，低轨卫星可以通过微波束访问传统地面网络无法提供服务的远程地面网络。在低轨星座中，卫星通过激光束连接，形成永久或非永久激光链路。此外，随着软件定义网络技术的发展和应用，数据传输和计算解耦，可以缓解卫星计算能力不足的压力。光卫星网络的优势促进了民用、军事和商业通信的发展。

优化算法需要具有的高鲁棒性和易于修改的特点才适合应用于卫星的高动态性网络拓扑上，针对卫星光网络中的路由和波长分配问题，当前路由策略存在卫星间链路丢失和较高的端到端时延等问题。如今在解决网络路由问题方面的研究越来越多，其中大部分研究的目的是降低阻塞率、降低时延、提高收敛速度以改善网络性能。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种分域星上路由决策与波长分配优化方法，以实现卫星网络控制器分布式路由管控、路由业务的低阻塞率、同时保证卫星网络的高吞吐量。具体技术方案如下：

本发明实施的一方面，提供了分布式路由决策控制架构，所述基于LEO卫星网络的分布式路由决策控制架构，其目的在与在LEO卫星网络中，由于网络规模节点较大、网络动态性强、其网络实时全局状态统计难度大、且采用传统泛洪方法开销过大，在现实中无法采用传统的集中式路由与波长分配优化方法对大规模LEO卫星网络进行优化。基于LEO卫星网络的分布式路由决策控制架构主要实施与LEO的卫星星座网络，LEO卫星之间的排列呈曼哈顿网络的形式。除边缘节点，每个卫星节点都有四个链路与其他卫星相连。