一种基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法与流程

本发明涉及卫星通信，具体涉及一种基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法。

背景技术：

1、随着卫星互联网的高速发展，加上目前卫星数量日益增多、用户需求日益复杂，将会有大量的数据在星间链路间传输。高速运动卫星的拓扑结构也呈动态变化，因此需要频繁切换链路的状态。星间路由的优劣就直接决定了卫星系统的性能。

2、目前，低轨卫星星座网络的一般做法是对拓扑结构进行时间切片，每个时间片内的拓扑结构不变，地面系统利用该拓扑结构在时间片内提前计算好路由表，并且通过链路上注到卫星，卫星实时根据路由表进行路径切换。目前提出的路由算法有两个明显的缺陷：

3、1、备用路径不多，无法涵盖应急情况的处理；

4、2、多个备用路径非常相似，当几个关键节点不可用时可能会出现多个备用路径都无法使用的情况。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是路由表中备用路径不多且非常多个备用路径非常相似，目的在于提供一种基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，在最短路径算法之外，采用了多条备用路径的思路，通过相异度对多条备用路径进行去同质化，降低星间链路异常情况下传输失败的概率。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，包括步骤:

4、s1、计算源节点到目的节点的m条路径；

5、s2、计算全部路径的皮尔逊相关系数矩阵；

6、s3、根据皮尔逊相关系数矩阵依次选取n条最短路径，n≤m。

7、本发明通过计算源节点到目的节点的m条路径，并计算全部路径的皮尔逊相关系数矩阵，根据皮尔逊相关系数矩阵依次选取n条最短路径，n≤m，选取多条备用路径，基于皮尔逊相关系数矩阵的相异度对多条备用路径进行去同质化，选择差异最大的路径，最大程度保证了多条路径的高可用性和高鲁棒性，降低星间链路异常情况下传输失败的概率。

8、作为本发明的进一步限定，s1具体包括步骤：

9、t1、构建星间链路拓扑模型；

10、t2、根据星间链路拓扑模型计算源节点到目的节点的最小路径；

11、t3、断开源节点到目的节点之间的某一节点；

12、t4、在t3的基础上根据星间链路拓扑模型计算源节点到目的节点的最小路径；

13、t5、重复t3～t4，直至生成源节点到目的节点之间的m条路径。

14、作为本发明的进一步限定，t5执行过程中若搜索了所有路径依然不足m条时，跳转执行步骤s2。

15、作为本发明的进一步限定，目的节点包括星间链路拓扑模型中源节点以外的所有节点，源节点到目的节点的最短距离计算从距离源节点最近的目的节点开始计算。

16、作为本发明的进一步限定，t2具体包括步骤：

17、a1、生成星间链路拓扑模型初始节点集合u；

18、a2、从u中选出"距离最短的节点k"；

19、a3、生成已求出最短路径的节点集合s；

20、a4、从u中选取距离源节点最小的节点放入集合s中，从u中移除节点k；

21、a5、判断集合u是否为空，为空则跳转执行步骤t3，否则跳转到步骤a2继续寻找最短路径。

22、作为本发明的进一步限定，a2具体包括步骤：

23、b1、设置起始点ds＝0，最小点集合s为空,标记起始点s，记k＝s，默认其他点未被标记,更新源节点到集合u中各节点的距离；

24、b2、检验从所有已标记的点到和k点连接的、没有被标记的点j的距离，同时设置dj＝min[dj,dk+lkj]，式子中lkj表示从点k到点j的直接连线距离；

25、b3、选取下一个点，从所有的没有被标记的点中选取dj中最小的一个i，其中di＝min[dj,所有没被标记的点]，如此点i就被选做最短路径中的一个点，同时把点i设为已经标记的点。

26、作为本发明的进一步限定，源节点到目标节点的路径是否为最短路径通过以下步骤判断：

27、c1、找到点i的前面一个点，从已经被标记的点中找到和点i直接相连的点j*，作为i的前一点，设置：i＝j*；

28、c2、标记点i，如果所有的点都已经被标记，则表示算法已经完全推出最短路径，若不是，则标记k＝i。

29、作为本发明的进一步限定，s2包括，计算生成的m条路径的皮尔逊相关系数矩阵，计算公式为：其中，x,y表示源节点到某一目的节点的不同路径，cov(x,y)代表两条不同路径的协方差，σxσy代表两条不同路径的标准差。

30、作为本发明的进一步限定，s3具体包括：根据皮尔逊相关系数矩阵依次选取最短路径，以及与上一条选择的路径相异度最高的路径，直到选择了n条路径为止。

31、作为本发明的进一步限定，当所有生成的路径不足n条时，直接选择生成的所有路径。

32、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

33、1.本发明在最短路径算法的基础上，采用多条备用路径增加路由表的适用性和鲁棒性。

34、2.本发明在多条备用路径的计算中，下一条备用路径是在前一条路径断开其中一个节点的基础上计算的，一定程度上避免了路径的重复，降低了因某些关键节点断开所引起的全部路由都不可用的风险。

35、3.本发明采用基于皮尔逊相关系数矩阵的相异度对多条备用路径进行去同质化，选择差异最大的路径，最大程度保证了多条路径的高可用性和高鲁棒性。

技术特征：

1.一种基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，其特征在于，包括步骤:

2.根据权利要求1所述的基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，其特征在于，所述s1具体包括步骤：

3.根据权利要求2所述的基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，其特征在于，所述t5执行过程中若搜索了所有路径依然不足m条时，跳转执行步骤s2。

4.根据权利要求2所述的基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，其特征在于，所述目的节点包括星间链路拓扑模型中源节点以外的所有节点，所述源节点到目的节点的最短距离计算从距离源节点最近的目的节点开始计算。

5.根据权利要求2所述的基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，其特征在于，所述t2具体包括步骤：

6.根据权利要求5所述的基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，其特征在于，所述a2具体包括步骤：

7.根据权利要求5所述的基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，其特征在于，源节点到目标节点的路径是否为最短路径通过以下步骤判断：

8.根据权利要求1所述的基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，其特征在于，所述s2包括，计算生成的m条路径的皮尔逊相关系数矩阵，计算公式为：

9.根据权利要求1所述的基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，其特征在于，所述s3具体包括：根据皮尔逊相关系数矩阵依次选取最短路径，以及与上一条选择的路径相异度最高的路径，直到选择了n条路径为止。

10.根据权利要求8所述的基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，其特征在于，所述最短路径不足n条时，直接选择生成的所有路径。

技术总结
本发明公开了一种基于相异度的低轨卫星星间路由计算方法，包括步骤:计算源节点到目的节点的M条路径；计算全部路径的皮尔逊相关系数矩阵；根据皮尔逊相关系数矩阵依次选取N条最短路径，N≤M。本发明在最短路径算法之外，采用了多条备用路径的思路，采用基于皮尔逊相关系数矩阵的相异度对多条备用路径进行去同质化，选择差异最大的路径，一定程度上避免了路径的重复，以保证路径的高可用性和高鲁棒性，降低了因某些关键节点断开所引起的全部路由都不可用的风险。

技术研发人员：范钦豪,李志真
受保护的技术使用者：重庆两江卫星移动通信有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12