[发明专利]一种基于演化图全路由预测的定向蚁群路由优化方法

权利要求书

1.一种基于演化图全路由预测的定向蚁群路由优化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、在应用层，控制中心或者GPS全球定位系统提供节点轨道、链路调度信息或节点位置、运动速度和方向信息并发送至网络层；

步骤2、在网络层，节点首先根据应用层信息建立演化图模型，然后进行全路由预测，最后采用定向蚁群路由优化方法选择最优路由并发送数据；

步骤3、在物理层，收集链路时延、数据传输速率和可用带宽信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于演化图全路由预测的定向蚁群路由优化方法，其特征在于：所述步骤2全路由预测采用基于演化图模型的全路由预测方法，该全路由预测方法的输入内容包括演化图模型、源节点、目的节点和系统所允许的最大时延阈值，输出内容是源节点到目的节点的全部路由并存入路由表，具体预测方法包括以下步骤：

步骤(1)、将访问的顶点入栈，搜索栈顶节点是否有未访问过的邻接顶点，有则进行步骤(2)；没有则弹出栈顶顶点，直到栈为空，结束算法；

步骤(2)、判断栈顶节与邻接顶点间边的有效时刻是否满足大于当前时刻且小于最大时延阈值的条件，若满足则将邻接顶点入栈，更新当前时刻为数据沿该边发送的最早时刻，进行步骤(3)；若不满足则标记邻接顶点为访问过，继续步骤(2)；

步骤(3)、判断邻接顶点是否是目的节点，若是则按顺序输出栈内全部节点。

3.根据权利要求2所述的一种基于演化图全路由预测的定向蚁群路由优化方法，其特征在于：所述路由表的结构包括目的节点、路由、路由失效时刻和选择概率。

4.根据权利要求1所述的一种基于演化图全路由预测的定向蚁群路由优化方法，其特征在于：所述步骤2定向蚁群路由优化方法为：蚁群配置固定路由，将蚁群分为前向蚂蚁和反向蚂蚁两种类型，前向蚂蚁按照既定路由收集节点处的网络通信质量参数，并将这些参数反映到信息素大小中遗留在转发节点处，信息素会随时间推移而减小；最后，反向蚂蚁按照既定路由收集转发节点处的残余信息素并反馈至源顶点，源顶点根据残余信息素总和计算反向蚂蚁携带的路由的选择概率。

5.根据权利要求4所述的一种基于演化图全路由预测的定向蚁群路由优化方法，其特征在于：所述定向蚁群路由优化方法的具体实现步骤包括：

步骤(1)：源顶点等概率从路由表中选择一条路由后按一定时间间隔释放携带该路由信息的前向蚂蚁；

步骤(2)：前向蚂蚁每到达一个网络节点，首先判断是否已经超过生存寿命，然后判断当前链路拥塞度是否满足条件；在上述两个条件均满足的情况下，在该节点处释放一定量的信息素并由当前节点根据前向蚂蚁携带的路由转发至下一个节点；

步骤(3)：每个节点在收到前向蚂蚁时，首先判断自己是否是前向蚂蚁的目的节点；如果不是，则向前向蚂蚁的数据结构中写入到达当前节点的时刻，在本地信息素表中存入该前向蚂蚁编码和释放的信息素，再将前向蚂蚁转发至下一节点；如果自身是前向蚂蚁的目的节点，则复制前向蚂蚁的路由，生成相同蚂蚁编号的反向蚂蚁并释放；

步骤(4)：反向蚂蚁沿相同的路由返回源节点，每到达一个转发节点处收集相同蚂蚁编号留下的信息素残余量，存入反向蚂蚁数据包中；

步骤(5)：源节点收到反向蚂蚁后，根据携带的信息素总量计算路由选择概率，再存入路由表中，最终，节点根据路由表中路由选择概率最大的路由发送数据。

6.根据权利要求4或5所述的一种基于演化图全路由预测的定向蚁群路由优化方法，其特征在于：所述的前向蚂蚁为一个数据包，包括：蚂蚁编号、蚂蚁类型、出生时间、寿命和最大链路拥塞度阈值和路由信息；所述前向蚂蚁的每个路由节点包含信息有：节点编号、到达时间、发送时间、当前带宽和当前数据速率；所述的反向蚂蚁为一个数据包，包括：蚂蚁编号、蚂蚁类型、出生时间、寿命和路由信息；反向蚂蚁的每个路由节点包含信息有：节点编号和节点残余信息素。

7.根据权利要求5所述的一种基于演化图全路由预测的定向蚁群路由优化方法，其特征在于：所述链路拥塞度通过下式计算：

η_i,j＝r_i,j/c_i,j

其中，η_i,j是节点i和j间链路的拥塞率，r_i,j是节点i和j间链路的数据速率，c_i,j是节点i和j间链路的容量。