大气条件下动平台节点之间的激光通信组网方法及系统与流程

本技术涉及激光通信，具体涉及一种大气条件下动平台节点之间的激光通信组网方法及系统。

背景技术：

1、激光通信应用于大气条件下的动平台后，具有非常特殊的链路特征，首先激光通信节点数量有限并具有一定的方向性，其次视线遮挡、通信距离超视距存在退出通信网络的情况。总体表现为物理链路较少，网络拓扑动态变化、集中管理非常困难；因此，激光通信网络的拓朴生成和路由选择是组网重点需要解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供一种大气条件下动平台节点之间的激光通信组网方法及系统，可以解决现有技术中存在的大气条件下的动平台节点之间激光通信无法组网的技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供一种大气条件下动平台节点之间的激光通信组网方法，包括以下步骤：

3、以网络最小生成树算法为理论基础，结合激光通信链路的特性，设计网络拓扑结构构建算法，生成激光通信网络拓扑结构；

4、根据大气条件下的移动平台激光通信的特点，以链路稳定裕度作为依据，选择网络的通信节点间的链接的拓扑结构；

5、以链路代价度量作为依据，选择组网最优路由；

6、基于上述生成的网络拓扑结构、选择的节点间的链接的拓扑结构以及选择的路由，组建大气条件下动平台节点之间的激光通信网络。

7、结合第一方面，在一种实施方式中，所述以网络最小生成树算法为理论基础，结合激光通信链路的特性，生成激光通信网络拓扑结构步骤，具体包括以下步骤：

8、根据大气条件下的移动平台典型应用场景，选择网络基础拓扑结构；

9、基于选择的网络基础拓扑结构，生成网络拓扑结构。

10、结合第二方面，在一种实施方式中，所述基于选择的网络基础拓扑结构，生成网络拓扑结构，具体包括以下步骤：

11、获取通信节点位置参数表，以通信节点间距离和通信节点间的相对设备角作为约束因子，生成通信节点可链接状态表；

12、以网络最小生成树算法为理论基础，结合激光通信链路的特性，获取网络拓扑结构构建算法；

13、基于网络拓扑结构构建算法以及通信节点间的链接关系图，以网络最小生成树算法为理论基础，结合激光通信链路的特性，生成激光通信网络拓扑结构。

14、结合第一方面，在一种实施方式中，所述以网络最小生成树算法为理论基础，结合激光通信链路的特性，获取网络拓扑结构构建算法步骤，具体包括以下步骤：

15、假定通信节点间的链接关系图为g，所有节点的集合用n表示，节点之间的链路为图g的边，边的集合用s表示；

16、根据节点集合n，初始化通信节点，预定义节点优先级顺序；

17、根据各节点位置信息，计算出节点间距离，节点间互联后的视线角度信息，依据最大通信距离，设备的视界范围，生成节点间的可链接状态表；

18、从第一节点开始，根据可链接状态表，选择可链接的一条边，将这条边添加到节点链接边集合s中；

19、根据该条边链接的下一个通信节点，接着进行边的选择，获取选择的边和上一条边的冲突工况，根据获取的冲突工况，控制执行不同的节点链接边集合获取策略；

20、重复执行上述步骤，直至完成网络基础拓扑结构所有可链接的节点链接边集合。

21、结合第一方面，在一种实施方式中，所述根据该条边链接的下一个通信节点，接着进行边的选择，获取选择的边和上一条边的冲突工况，根据获取的冲突工况，控制执行不同的节点链接边集合整合策略步骤，具体包括以下步骤：

22、如果选择的边与上一条边冲突，则删除该条边，重新选边和并重新进行判断，直到选择的边满足非冲突要求，将这条边添加到节点链接边集合s中；

23、如果选择不到满足非冲突要求的边，则退回到上一个通信节点，在上一个通信节点重新选边。

24、结合第一方面，在一种实施方式中，所述根据大气条件下的移动平台激光通信的特点，以链路稳定裕度作为依据，选择网络的通信节点间的链接的拓扑结构步骤，具体包括以下步骤：

25、以节点间距离和节点间夹角作为影响因子，定义如下拓扑结构选择公式，根据下式计算获取单边稳定裕度值：

26、

27、式中，snettop为单边稳定裕度值，η1：距离权值系数，取0.7，根据经验选取，可调整大小，η2为设备角权值系数，取0.3，根据经验选取，可调整大小，l为节点间距离，ml为最大通信距离，θ1为节点间视线与设备零位的夹角的绝对值；θ2为节点间视线与设备零位的夹角的绝对值；δ为激光通信设备相对设备零位的最大视界角的绝对值；λ为节点数与边数的比值；

28、将获取的单边稳定裕度值根据下式，计算获取节点链接边集合的稳定裕度值：

29、mnettop＝λ∑snettop；

30、式中，mnettop为节点链接边集合的稳定裕度值。

31、结合第一方面，在一种实施方式中，所述以链路代价度量作为依据，选择组网最优路由步骤，具体包括以下步骤：

32、获取路由选择初始化参数，包括单边稳定裕度的权值系数，延时的权值系数，丢包率的权值系数；

33、根据网络拓扑链接关系图，计算源端到接收端的路由选择路径数；

34、计算获取各节点与相邻节点间的时延和丢包率；

35、根据链路代价度量计算公式，计算获取单跳的链路代价值，直至该路径所有跳数的链路代价值计算完成，获取该路径所有跳数的链路代价值之和，作为链路代价度量；

36、完成所有路径的链路代价值，进行路由选择，选择路径中链路代价值最小值为最优路由，将该路由存入路由表中，并在网络中发布，将数据根据选择的路由执行从源端到接收端的数据发送。

37、结合第一方面，在一种实施方式中，所述根据链路代价度量计算公式，计算获取单跳的链路代价值，直至该路径所有跳数的链路代价值计算完成，获取该路径所有跳数的链路代价值之和步骤，具体包括以下步骤：

38、根据下式计算获取单个路径所有跳数的链路代价值之和，作为链路代价度量：

39、

40、式中，jumps代表路由路径的跳数，η1为单边稳定裕度的权值系数，snettop代表单边的稳定裕度值，η2为延时的权值系数，t代表链路的延时，η3为丢包率的权值系数，reb代表链路的丢包率。

41、第二方面，本技术实施例提供了一种大气条件下动平台节点之间的激光通信组网系统，包括：

42、网络结构生成模块，用于以网络最小生成树算法为理论基础，结合激光通信链路的特性，生成激光通信网络拓扑结构；

43、节点链接拓扑结构选择模块，用于根据大气条件下的移动平台激光通信的特点，以链路稳定裕度作为依据，选择网络的通信节点间的链接的拓扑结构

44、路由选择模块，用于以链路代价度量作为依据，选择组网最优路由；

45、组网模块，与所述网络拓扑结构生成模块、所述节点链接拓扑结构和所述路由选择模块通信连接，用于基于上述生成的网络拓扑结构、选择的节点间的链接的拓扑结构以及选择的路由，组建大气条件下动平台节点之间的激光通信网络。

46、结合第二方面，在一种实施方式中，所述网络拓扑结构生成模块包括：

47、网络基础拓扑结构选择单元，用于根据大气条件下的移动平台典型应用场景，选择网络基础拓扑结构；

48、网络拓扑结构生成单元，与所述网络基础拓扑结构选择单元通信连接，用于基于选择的网络基础拓扑结构，生成网络拓扑结构。

49、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

50、本技术提供的一种大气条件下动平台节点之间的激光通信组网方法，以网络最小生成树算法为理论基础，结合激光通信链路的特征，设计了一种可快速完成拓扑生产以及路由选择的组网工作模式及流程。