[发明专利]适用于空地一体化网络的负载均衡路由方法

摘要

本发明公开了一种适用于空地一体化网络的负载均衡路由方法。其具体实现步骤是，首先形成新的路由判据公式，采用该公式对空地一体化网络的链路进行度量得到链路权值，并存入链路权值表；然后相邻节点之间不断的交换自己的链路权值表，使得空地一体化网络中的每个节点都获得全网链路的权值，并从该全网链路权值表中为到达其他任意一个节点选出3条路径；最后选择具有最大转移概率的路径作为工作路径来传输数据包。本发明选择的工作路径接近全局最优，且能根据空地一体化网络负载的变化自适应的调整工作路径，降低了网络拥塞的可能性。

主权项

1.一种适用于空地一体化网络的负载均衡路由方法，包括如下步骤：(1)计算路由判据：(1a)在空地一体化网络中任意选取一个节点；(1b)在所选节点的发送周期内，以等时间间隔，通过链路向自己的邻居节点发送链路探测包；(1c)使用平均传输次数公式，计算链路成功传输一个数据包需要的平均传输次数；所述的平均传输次数公式如下；其中，H表示链路成功传输一个数据包需要的平均传输次数，d_f表示数据包的前向传输概率，m_f表示邻居节点收到所选节点发送的数据包个数，t表示所选节点发送数据包的时间间隔，T表示所所选节点的发送周期，d_r表示数据包的后向传输概率，m_r表示所选节点收到邻居节点发送的数据包个数；(1d)使用平均传输时间公式，计算成功传输一个数据包需要的平均传输时间；所述的平均传输时间公式如下；其中，E表示成功传输一个数据包需要的平均传输时间，S表示发送的数据包的比特数，B表示发送节点链路的带宽；(1e)使用链路的剩余生命时间公式，计算所选节点与其相邻节点之间链路的剩余生命时间；所述的链路的剩余生命时间公式如下；其中，Dt表示所选节点与其相邻节点之间链路的剩余生命时间，a表示所选节点i与其相邻节点j移动速度在水平方向的差值，a＝vicosθi‑vjcosθj，vi和vj分别表示所选的节点i与其相邻节点j移动的速度，θi和θj分别表示所选节点i与其相邻节点j的移动速度与坐标轴x轴的夹角，cos表示余弦操作，c表示所选节点i与其相邻节点j移动速度在垂直方向的差值，c＝visinθj‑vjsinθj，sin表示正弦操作，b表示所选节点i与其相邻节点j的水平坐标值的差值，b＝xi‑xj，xi，xj分别表示所选节点i与其相邻节点j的在x轴对应的坐标值，d表示所选节点i与其相邻节点j的垂直坐标值的差值，d＝yi‑yj，yi和yj分别表示所选节点i与其相邻节点j的在y轴对应的坐标值，r表示所选节点i与其相邻节点j的最大通信距离；(1f)所选节点中的介质访问控制层MAC对所选节点采样周期内到达的数据包，按1秒的等时间间隔进行采样，使用节点负载公式，计算该采样周期内所选节点的负载；所述的节点的负载公式如下；其中，l表示该采样周期内所选节点的负载，和分别表示在所选节点的采样周期内，第i个采样的数据包到达所选节点中的介质访问控制层MAC的时间和离开所选节点中的介质访问控制层MAC的时间，N表示在所选节点的采样周期内，所选节点采样的数据包的总数；(1g)使用空地一体化网络的路由判据公式，计算空地一体化网络的链路的权值；所述的空地一体化网络的路由判据公式如下：其中，C表示空地一体化网络的路由判据，ω1表示平均传输时间E的加权系数，ω2表示节点的负载l的加权系数，且ω1+ω2＝1，ω1∈[0,1]，ω2∈[0,1]，e表示以自然常数e为底的指数操作，Dt表示所选节点与其相邻节点之间链路的剩余生命时间，n表示所选节点传输同一个数据包已经传输的次数，M表示所选节点传输同一个数据包能够传输的最大传输次数，∞表示无穷大符号；(2)形成全网链路权值表：(2a)利用与步骤(1g)相同的空地一体化网络的路由判据公式，分别计算空地一体化网络中的每个节点与当前节点相连的链路权值；(2b)将所有链路的权值存入当前节点的链路权值表中，并将该链路权值表广播给当前节点的相邻节点；(2c)相邻节点收到广播的链路权值表后，从收到的链路权值表中取出所有的链路权值，存入到自己的链路权值表，然后将自己的链路权值表广播给自己的相邻节点；(2d)判断当前节点的链路权值表中是否包含了全网链路的权值，若是，则执行步骤(3)，否则，执行步骤(2c)；(3)形成路径集合：(3a)从空地一体化网络中的每个节点中，任意选取一个除当前节点之外的节点；(3b)利用迪杰斯特拉Dijkstra算法，从全网链路权值表中选出从当前节点到任意选取节点的所有路径，每条路径将自己包括的所有链路的权值相加，得到每条路径的路径权值，从所有路径中选出前3条具有最小路径权值的路径，组成当前节点到任意选取节点的路径集合；(3c)判断当前节点是否形成到除当前节点之外的所有节点的路径集合，若是，则执行步骤4，否则，执行步骤(3a)；(4)计算路径转移概率：(4a)按照下式，对路径集合中的每条路径计算路径转移概率；其中，pi表示路径集合中的第i条路径的转移概率，Ki表示路径集合中的第i条路径的路径权值，∑表示求和操作，Kj表示路径集合中的第j条路径的路径权值，j的取值范围为3；(4b)判断是否计算完路径集合中所有路径的转移概率，若是，则执行步骤(5)，否则，执行步骤(4a)；(5)传输数据包：(5a)当前节点当有数据包需要发送到某一目的节点时，当前节点在发送的数据包中添加路径节点列表和权值信息列表，分别存储数据包所经过的节点以及所经过的链路的权值；(5b)当前节点将自己的地址存入路径节点列表中，同时将自己与前一跳节点之间链路的权值存入权值信息列表中，查找当前节点到目的节点的路径集合，从中选取转移概率最大的路径作为工作路径，将数据包按照工作路径的节点依次进行传输；(5c)判断当前节点是否是收到的数据包的目的节点，若是，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(5b)；(6)目的节点回复确认包：(6a)目的节点从收到的数据包中，提取路径节点列表和权值信息列表；(6b)目的节点创建确认包，并将提取的路径节点列表和权值信息列表添加到确认包中，目的节点再根据提取的路径节点列表中的节点，依次向发送数据包的源节点返回确认包；(6c)判断当前节点是否是发送数据包的源节点，若是，则执行步骤(7)，否则，执行步骤(6d)；(6d)当前节点从收到的确认包中提取路径节点列表和权值信息列表，计算当前节点到目的节点的路径权值，并按照下式，更新当前节点到目的节点路径集合中每条路径的转移概率：其中，pi表示路径集合中的第i条路径的转移概率，Ni表示第i条路径传输数据包的数目，Ki表示路径集合中的第i条路径的路径权值，∑表示求和操作，Nj表示第j条路径传输数据包的数目，Kj表示路径集合中的第j条路径的路径权值，j的取值范围为3；(6e)当前节点更新完路径集合中所有路径的转移概率后，继续按照路径节点列表中的节点返回确认包，下一个节点接收到确认包后，仍然按照步骤(6c)处理确认包，直到发送数据包的节点收到确认包；(7)路由算法结束。