4] 上面的表格中，三角函数f (X ;x。，a。，aj和一个梯形函数g(x ;x。，X1, a。，aj被选中 作为隶属度函数。其数学公式如下：
[0055] UiN 丄 丄丄 3(5 乙 O Λ _/·!·? 〇/
[0056]
[0057] 在χ。位于f ( ·)三角函数的中心；χ。和χ ^ g( ·)的左（右）边梯形函数；a。和 B1是左（右）三角形的宽度或梯形函数。中心、边缘或宽度三角形或梯形隶属函数设置直 观但基于语言变量的特征。
[0058] 然后根据模糊准则、最大最小准则模糊处理方法进行模糊处理；
[0059] 其模糊准则如下：
[0060] 表二、FSCI模糊准则
[0061]
[0062] FSCI采用最大最小准则模糊推理的方法。根据上表中的表示准则1，2, 3和9有着 相同的FSCI相同输出C1= VL。在表格中代表"X"代表"不在乎"。首先应用最小准则得到 临时结果W4:
[0063] W4一 min ( y s (Qa)，y s (Qb)，y s (?)，l·*· s (Ba))
[0064] 同理，我们可以获得临时结果Wl、w2、w9。根据这些临时结果，应用最大准则可以得 到输出指示C 1= VL，定义为Wvi^
[0065] wVL= min (w 1; w2, w3, w4)
[0066] 步骤（3)、根据区域中心法进行解模糊化运算，计算得到该卫星节点的拥塞程度。
[0067] 输出的模糊推理指示VL，L，Μ、H、VH，定义为wVp Wp wM、wH和w VH，可以分别通过相 同的方式得到。最后，模糊推理结果FSCI可以通过解模糊得到。解模糊化方法采用了中心 面积去模糊化方法。这样的流量拥堵程度值(^是获得的
[0068]
[0069] 步骤2、计算路由算法的决定指标（FRD)，并根据DSP (Di jkstra最短路径算法）路 由算法找到最短路径。
[0070] 本步骤是根据三个输入值，计算得到卫星网络路由算法的决定指标（FRD)。这三个 输入值是从相邻卫星得到的模糊卫星拥塞指标、卫星间的传播时延和为低优先级流量（流 量B和流量C)准备的带宽。
[0071] 计算路由算法的决定指标（FRD)包括以下步骤：
[0072] 步骤（1)、收集相应信息，包括从相邻卫星得到的模糊卫星拥塞指标，卫星间的传 播时延和为低优先级流量（流量B和流量C)准备的带宽。
[0073] FRD是路由决定指标Fd，这个指标通过卫星节点收集到的FSCI的C1，传播延迟Pd 和为低等级流量的带宽Ns。Fd值越大的卫星意味着卫星更适合接受传入的新呼叫请求。四 个输入指标的集合和输出指标被定义为T (C1) = {L。，MjJ，其中，L。代表低，M #表中等， 呒代表长；1'(?：1)=队^，1^}，其中々代表短，1^代表中等，1^代表长；1'队）=仏。^，!1 1}， 其中，1。代表低，1^代表中等，!11代表长。输出1'((：1) = {1]，11]，15,5}，其中，不合适（1])、比 较不适合（WU)、比较合适（WS)，合适（S)。
[0074] 步骤（2)、将收集到信息经过隶属度函数映射成模糊值，然后根据模糊准则、最大 最小准则模糊处理方法进行模糊处理；
[0075] 其隶属度函数如下：
[0076] 表三、在FRD中每个指标下每个条目的隶属度函数
[0077] υ?Ν 丄丄丄乙ο λ _/·?·? t / zf
[0078] 上表中，D相邻卫星节点之间传播实验的最大值，v代表低优先级的流量具有的带 宽（V = C-Ba)。
[0079] 其模糊准则如下：
[0080] 表四、FRD模糊准则
[0081]
[0082] 其计算33：桎和KSUl计算]Q：桎ffl冋。
[0083] 步骤（3)、根据区域中心法进行解模糊化运算，计算得到卫星网络路由算法的决策 指标。
[0084] 因此我们可以通过模糊系统的计算过程得到路由决定指标Fd。
[0085] 步骤（4)、路由算法的计算采用DSP，DSP算法的输入指标为计算得到卫星网络路 由。
[0086] 当卫星节点计算得到路由决定指标Fd后，开始计算NGEO网络路由，路由计算方法 是根据DSP，由于F d越大越好，所以Fd需要翻转一下，SP (F' D= I-F D)，使用F' D表征。 路由计算有一个定时器，当定时器超过一个时间阈值A t，整个网络从步骤1开始重新计算 NGEO网络路由。
[0087] 步骤3、当某刻卫星发生拥塞，该卫星向其相邻的卫星通知其模糊卫星拥塞指标 (FSCI)的信令信息。
[0088] 步骤4、当卫星接收到拥塞的信令信息后，根据改进的ELB算法的绕路策略，根据 不同的包的优先级进行绕路。
[0089] 本发明采用改进的ELB算法的绕路策略如下：
[0090] 如果一颗卫星被堵塞，数据包根据预测每个交通流量的百分比类绕道。a，b和c是 流量A、B和C的预测流量的比率，X是请求的流量（X = I-C1)。一次绕道从周边信令消息 接收到卫星，卫星开始绕道流量C的数据包。如果请求绕道比X的流量更大超过c，流量B 的包也开始绕路。类的对延迟敏感的流量A默认路径是由我们的路由算法计算得到，绝对 不会绕路。其绕路的准则如下表五。
[0091] 表五、绕路策略
[0092]
[0093] 将我们的路由算法仿真ns-2. 34上进行测试，我们考虑的各大洲不同的流量分布 如下表六：
[0094] 表六、流量全球分布图
[0095]
[0096] 其次，我们采用的卫星网络为类铱星网络，上行链路和下行链路中每条链路的容 量都是25Mbps，每条链路故障都是相互独立的，Ith设置为0. 25。
[0097] 我们采用的是300个开关流量，该流量服从帕累托分布，具有非持久性时断时 续的流动。开关流量的帕累托分布的峰值为1.2。平均爆发时间和平均空闲时间设置为 200ms。流量从5分钟开始时间，所有仿真时间是23. 5分钟。源节点和目标节点分散在地球 上的分为六个大洲，其流量分布如上表。消息的发送数据为常速率，从1.0 Mbps到2. 0Mbps。 时间阈值At设置为20ms。
[0098] 如图6所示，相比传统的DSP算法和ELB路由算法达到最低的包丢失率，可以有效 地满足QoS，这是因为路由算法采用了绕路策略，使以前应该丢掉的数据包，绕路进行的传 递。
[0099] 如图7所示，本发明算法获得了最低的平均端到端时延。如图表明，在较低的传输 速率情况下，三者的传播时延基本处于较低水平，当发送速率提高的情况，本发明的算法表 现情况，要高于DSP和ELB算法，原因就是本发明的路由算法充分考虑了多个方面的因素， 是路由决策更加准确、合理。
[0100] 如图8所示，本发明的路由算法在总吞吐量方面高于DSP和ELB算法。本发明的 路由算法的良好性能避免丢包情况也体现的高吞吐量身上实现的路由算法。原因就是本发 明的路由算法，可以采用绕路策略，获得更多的吞吐量。
[0101] 需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包 括并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案 得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
【主权项】
1. 一种基于模糊理论的NGEO卫星路由算法，其特征在于包括以下步骤： 步骤1、根据卫星节点包括的三种不同等级流量的队列长度及为最高级流量预留的带 宽信息，采用模糊理论方法计算模糊卫星拥塞指标； 步骤2、计算路由算法的决定指标，并根据DSP路由算法找到最短路径； 步骤3、当卫星发生拥塞时，该卫星向其相邻的卫星通知其模糊卫星拥塞指标的信令信 息； 步骤4、当卫星接收到拥塞的信令信息后，根据改进的ELB算法的绕路策略，并根据不 同的包的优先级进行绕路。2. 根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的NGE0卫星路由算法，其特征在于：所述 步骤1计算模糊卫星拥塞指标的方法包括以下步骤： 步骤（1)、收集每个卫星节点的信息，包括流量A的队列长度、流量B的队列长度、流量C的队列长度以及为流量A预留的带宽； 步骤（2)、将收集到信息经过隶属度函数映射成模糊值，然后根据模糊准则、最大最小 准则模糊处理方法进行模糊处理； 步骤（3)、根据区域中心法进行解模糊化运算，计算得到该卫星节点的拥塞程度。3. 根据权利要求2所述的一种基于模糊理论的NGE0卫星路由算法，其特征在于：所述 步骤（3)解模糊化运算按照如下数学模型实现：其中，CA模糊卫星拥塞指标，w1、Wm、％和wVH分别为VL、L、M、H、VH的模糊推理指 示，VL、L、M、H、VH分别表示非常低、低、中等、高、非常高。4. 根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的NGE0卫星路由算法，其特征在于：所述 步骤2计算路由算法的决定指标的方法包括以下步骤： 步骤（1)、收集如下信息：从相邻卫星得到的模糊卫星拥塞指标、卫星间的传播时延以 及为流量B和流量C准备的带宽； 步骤（2)、将收集到信息经过隶属度函数映射成模糊值，然后根据模糊准则、最大最小 准则模糊处理方法进行模糊处理； 步骤（3)、根据区域中心法进行解模糊化运算，计算得到卫星网络路由算法的决策指 标。5. 根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的NGE0卫星路由算法，其特征在于：所述 步骤4改进的ELB算法的绕路策略为：如果一颗卫星被堵塞，则数据包根据预测每个交通 流量的百分比类绕道；a，b和c是流量A、B和C的预测流量的比率，X是请求的流量（X= 1-Q)，一次绕道从周边信令消息接收到卫星，卫星开始绕道流量C的数据包；如果请求绕道 比X的流量更大超过c，流量B的包也开始绕路。
【专利摘要】本发明涉及一种基于模糊理论的NGEO卫星路由算法，其技术特点是：根据卫星节点信息，采用模糊理论方法计算模糊卫星拥塞指标；计算路由算法的决定指标，并根据DSP路由算法找到最短路径；当卫星发生拥塞时，该卫星向其相邻的卫星通知其模糊卫星拥塞指标的信令信息；当卫星接收到拥塞的信令信息后，根据改进的ELB算法的绕路策略，并根据不同的包的优先级进行绕路。本发明设计合理，其使用模糊理论得到的FSCI和绕路策略，不仅计算简单，而且能够很好的分配流量，实现卫星星座的负载均衡。性能指标较为传统的DSP(Dijkstra最短路径算法)和ELB(显示负载均衡)路由算法有明显提高。
【IPC分类】H04L12/721, H04L12/803
【公开号】CN105119823
【申请号】CN201510519788
【发明人】李超, 何善宝, 李振东, 吴阳璞, 姜竹青, 刘崇华, 顾亚楠
【申请人】北京空间飞行器总体设计部
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月21日