一种基于leo卫星网络的跨层动态自适应路由方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于LEO卫星网络的跨层动态自适应路由方法，通过综合考虑数据包的传输延时、网络链路利用率和网络链路质量，定义链路权值，构建优化模型，借助蚁群算法对该优化模型进行求解；在具体实现中，本发明使用移动代理自主收集路由信息，在路径建立阶段能够利用物理层的信息进行路径决策，根据卫星网络链路质量动态改变蚂蚁选路概率值的大小；本发明在保证卫星网络数据包传输延时和带宽利用率的同时，避免由于链路状态恶化而造成的数据包丢失，有效确保网络的鲁棒性。
【专利说明】—种基于LEO卫星网络的跨层动态自适应路由方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于LEO卫星网络的跨层动态自适应路由方法，属于卫星通信领域。
【背景技术】
[0002]网络业务的全IP化为低地球轨道(low earth orbit, LEO)卫星通信系统提供了新的机会。LEO卫星网络能够提供全球覆盖，并且可以在一定服务质量保证下提供较宽带宽和较低的数据传输延迟。因此，通过LEO卫星网络进行数据传输已经引起了世界的广泛关注。如何设计高效、可靠和灵活的路由方法是LEO卫星网络需要解决的难点之一。 [0003]根据路由的产生方式，卫星网络路由机制可分为静态路由和动态路由两种。静态路由机制利用卫星网络运行的周期性和可预知性，根据事先计算的路由信息进行数据包的发送，具有实现简单，路由开销小的优点。但是，静态路由机制不能适应星间链路、网络负载的变化，难以找到最优的路径从而可能导致网络性能的显著下降。动态路由根据网络流量和链路延迟的变化，自适应地调整路径，从而保证了数据包转发的高效性。
[0004]最近几年，对于卫星网络传输多媒体业务的需求越来越广泛。由此，学者们转向对基于因特网业务应用的研究。并且，无线传感器网络中引入了跨层路由的设计思想，应用于低轨卫星网络的多目标服务质量(Quality of service, QoS)跨层优化模型未曾有公开文献报道。
[0005]本发明所提跨层结构其核心思想在于通过收集物理层的信息辅助网络层进行路由决策。并且，本发明通过建立多目标QoS优化模型在实现负载均衡的同时保证链路利用率。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题:克服现有技术的不足，提出了一种基于LEO卫星网络的跨层动态自适应路由方法，通过收集物理层的信息辅助网络层进行路由决策，建立多目标QoS优化模型在实现负载均衡的同时保证链路利用率
[0007]本发明的技术解决方案:一种基于LEO卫星网络的跨层动态自适应路由方法，所述步骤如下:
[0008]A、依据物理层的链路时延和链路剩余带宽，对链路代价权值进行定义，链路代价权值cost(i, j)的计算公式如下式所示:
[0009]
【权利要求】
1.一种基于LEO卫星网络的跨层动态自适应路由方法，其特征在于所述步骤如下: A、依据物理层的链路时延和链路剩余带宽，对链路代价权值进行定义，链路代价权值cost(i, j)的计算公式如下
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:根据LEO卫星网络的特征，链路数据包传播的延时ro(i，j)min和链路剩余带宽band (i，j)max可以相应的进行确定，如下: Al:将北纬60°以上和南纬60°以下区域定为极地区域，根据星座结构特定计算出卫星轨道间链路传输时延的最小值； A2:根据LEO卫星网络链路带宽值和数据包的传输效率，计算出网络中剩余带宽的最大值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤C所述在具体实施过程中，使用了移动代理系统中的蚁群算法，通过对不同的代理进行协调来解决路由问题，蚁群系统中定义了两种类型的蚂蚁，前向蚂蚁和后向蚂蚁，在网络中沿着从源节点到目的节点的路径从一个节点移动至下一个节点，在移动的过程中，寻找可用路径并收集一些有用的信息；将移动代理设计为前向蚂蚁和后向蚂蚁，最后完成整个网络的路由选择过程包括: Cl、每隔固定时间间隔，前向蚂蚁从源卫星节点发出移向目的卫星。由于低轨卫星网络的拓扑结构具有规律性，因此对于源卫星节点来说，与目的卫星距离较近的下一跳卫星被选择的概率较大，对于中间卫星节点，前向蚂蚁使用伪随机比例原则，即随机选择与确定选择相结合的方法,对位于节点的前向蚂蚁选择卫星节点； C2、前向蚂蚁抵达目的卫星节点后会自动销毁，同时目的节点会生成后向代理，后向蚂蚁会对前向蚂蚁中包含的两类列表进行拷贝，并沿着前向蚂蚁来时的方向沿相反方向返回源节点，当经过中间卫星时，中间卫星会自动更新概率表中的值。后向蚂蚁到达中间卫星后根据卫星网络的链路状态对卫星中的选路概率表进行更新； C3、当数据包从源卫星节点发出后并且到达中间卫星，则中间卫星会依据该卫星所存储的概率表对数据包进行转发。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于:所述的移动代理为多个即多代理系统，多代理系统通过对不同的代理进`行协调来解决路由问题。
【文档编号】H04L12/757GK103685025SQ201310647896
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】高梓贺, 王厚天, 刘乃金, 陶滢, 张琦, 冯瑄 申请人:中国空间技术研究院