一种空天地一体化网络中动态切换的软件定义传输方法

本发明属于空天地一体化网络领域，涉及一种空天地一体化网络中动态切换的软件定义传输方法。

背景技术：

1、空天地一体化网络将实现万物互联、人机交互，并为智能生活和社会发展提供技术基础。这意味着更多的硬件设备将连接到网络系统。在传统的网络中，硬件组件之间的功能耦合性强且网络部署困难。网络功能虚拟化通过减少对专有设备的依赖，并构建更灵活的软件定义框架，降低了服务部署成本。软件定义网络采用中心控制平面和分布式数据转发平面分离的结构，控制平面使用控制-转发通信接口来集中控制数据平面上的网络设备，并提供灵活的可编程能力。软件定义技术大大降低了网络设备的更新和维护成本，为空天地一体化网络中万物的高效互连提供了解决方法。

2、由于空天地一体化网络架构的复杂性，传统的传输控制协议在网络流量控制和资源分配方面受到了挑战。为解决空天地一体化网络中信息传输无效的问题，针对传输控制的解决方法引起了广泛关注。“a cross-domain sdn architecture for multi-layeredspace-terrestrial integrated networks”【y p shi,y r cao,j j liu.a cross-domainsdn architecture for multi-layered space-terrestrial integrated networks[j].ieee networks,2019,33(1):134-141.】开发了一个空天地一体化网络软件定义架构，考虑了由于频繁切换而导致的控制流量增加，以及相应数据传输带宽的减少。“softwaredefined space-terrestrial integrated networks:architecture,challenges,andsolutions”【y g bi,g j han,s xu,et al.software defined space-terrestrialintegrated networks:architecture,challenges,and solutions[j].ieee networks,2019,33(1):22-28.】通过网络分割对每个段的资源进行切片，实现服务隔离。然后，通过分层控制器管理一个公共的、动态的空-天-地资源池来为卫星、航空和地面段提供标准的车辆服务。“auction design and analysis for sdn-based traffic offloading inhybrid satellite-terrestrial networks”【j du,c x jiang,h j zhang,et al.auctiondesign and analysis for sdn-based traffic offloading in hybrid satellite-terrestrial networks[j].ieee networks,2019,36(10):2202-2217.】提出一种用于频段共享和流量分流的软件定义网络机制。通过构建一个二价拍卖机制，获得卫星不同波束组的唯一最优出价策略，达到了对称贝叶斯均衡和移动网络运营商的预期效用。

3、以上软件定义空天地一体化网络传输控制机制均存在一定的不足。首先，上述方法仅限于车载网络和移动小区，没有考虑其他类型的网络用户的服务。其次，上述方法提出了基于软件定义的卫星-地面网络或简单的卫星网络架构，缺乏空天地一体化网络的全局设计。本发明中引入了随机用户服务价值，根据个性化服务需求扩展了软件定义空天地一体化网络中服务对象的维度。再次，尽管上述方法中流量平衡和路由策略得到了改善，但软件定义空天地一体化网络仍具有控制器节点数据流量不平衡的特点。因此，通过分析高低到达率对系统效率的影响，可推导出请求到达率阈值作为策略切换参数。最后，这些方法允许对系统进行全局视图化，而不是局限于特定场景的性能改进。而且在空天地一体化网络中，由于有限的计算存储和传输资源，网络行为参与者之间将会存在竞争。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于基于排队博弈理论，针对软件空天地一体化网络中的用户多样性和控制器节点的可变到达率，提出了一种面向异构用户的动态切换软件定义传输控制方法，将网络中的用户视为参与博弈的个体，每个用户根据自身的需求和条件选择最优的传输策略。同时，控制器并根据到达率情况动态调整传输策略。当控制器节点的处理能力无法满足当前的请求时，会自动切换到适当的传输策略，以避免网络拥塞和性能下降。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种空天地一体化网络中动态切换的软件定义传输方法，包括以下步骤：

4、s1：进行参数初始化；

5、s2：控制器确定释放的信息；

6、s3：确定是否加入队列；

7、s4：更新控制器的状态。

8、进一步，空天地一体化网络系统的交互过程为用户、交换机和控制器的交互过程；交换机i的请求到达速率为λi，各种用户请求进入交换机并提供期望的服务价值r，服从随机分布ψ；

9、在初始化过程中，交换机向控制器提供有关服务价值r和到达速率λi的信息；控制器根据其参数和交换机提供的参数设置队列状态模式，并计算在两种模式下要发布的系统参数；

10、交换机i根据所接收到的用户请求的类型和需求为服务价值分配一个服务值ri，服从正态分布ri～n(ε,σ2)，用于提供交换机请求的到达率λi发送到控制器；控制器根据其服务能力提供等待成本c和服务速率μ。

11、进一步，步骤s2中，控制器基于不同用户的预期服务价值、控制器公布的接受费用和预期等待成本来计算交换机的效益；当交换机的效益为非负数时，请求排队等待服务；将控制器队列的长度分为可观测模式和不可观测模式；

12、预期服务价值r的均值为ε，方差为σ2，不同r值的交换机请求加入控制器缓存队列后，需要支付准入费f，单位时间的等待成本c是恒定的；

13、使用所有交换机的综合到达率∑λi和服务信息，控制器在初始状态下计算可观察模式下的最优接受费和不可观察模式下的最优接受费将的值与2进行比较，当时，控制器设置为可观察模式并释放参数服务速率μ、等待成本c、当前队列长度l、到达率λi和可观察模式下的最优准入费用当时，计算切换到达率λh；如果有效到达率λc＜λh，则控制器设置为不可观察模式并释放参数μ、c、l、λi和不可观察模式下的最优准入费用如果λc≥λh，则控制器切换为可观察模式并释放参数μ、c、l、λi和

14、进一步，步骤s3中，交换机在收到用户请求后，根据控制器发布的信息选择行为策略；根据控制器发布的信息，如果该模式是不可观察的，则交换机直接计算预期净收益su(∑λi)；当su(∑λi)≥0时，交换机向控制器发送请求并加入等待服务的队列；当su(∑λi)＜0时，它会等待重发；如果该模式是可观察的，则交换机向控制器发送查询请求，并直接添加到控制器缓存队列中；控制器根据当前队列长度计算交换机的预期净收益so(l)；当so(l)≥0时，请求排队等待服务；当so(l)＜0时，请求离开队列，控制器反馈无法服务的信息，交换机等待重发。

15、进一步，步骤s4中，当由于新加入、退出或故障的交换机改变综合到达率时，控制器重新计算参数和λh；然后更新控制器的工作模式并发布相应的参数。

16、本发明的有益效果在于：本发明方法可以在控制器节点和交换机节点上实现，通过交换机节点发送的请求和控制器节点的处理能力之间的动态协调，当控制器节点的处理能力无法满足当前的请求时，自动切换到适当的传输策略，有效地避免网络拥塞，并提高网络的传输性能。本方法。通过平衡节点负载、考虑用户多样性和引入控制器模式切换机制，该方法能够提高空天地一体化网络软件定义架构的效率、稳定性和自适应能力。

17、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。