[发明专利]基于蚁群模型的自由空间光网络路由方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种通信网络的路由方法，具体涉及一种基 于蚁群模型的自由空间光网络的路由方法，可用于高移动性自由空间光网络。

背景技术

自由空间激光通信(Free-Space-Optical Communication，FSO)是指在宽阔无 障碍物的空间内(如大气和海洋等),利用无线激光作为通信载体，对多种形式的通 信业务(如语音、视频、数据等)进行交流的一种通信手段。FSO有带宽高，无需 频率许可，抗电磁干扰，保密性高，成本低廉的优点。自由空间光网络(FSON， Free-Space-Optical Communication Network)是由多个FSO节点构成，通过FSO链 路来满足多业务传输的需求的网络。FSON不仅继承了FSO的优势，而且结合了 传统无线网络(如Mesh和Ad-Hoc网络)自组织性和独立组网的特点。此外，FSON 采用波长较短的光波(典型值为266nm、850nm、1064nm、1550nm)为载波，通 常其频带宽度比传统微波频带宽出数万倍，极具开发潜力；光束发散角很小，仅 为10urad～1mrad，比微波束散角小3～5个数量级，光束集中，无旁瓣和尾瓣、方向 性好，实际应用中拥有很高的能量密度也很难探测到链路的位置，除非通信链路 被截断，否则数据难以外泄。FSON广泛应用于星际通信系统、地面商用系统和 军事通信系统。路由是指在网络中快速准确寻找源节点S到目的节点D之间最佳通 信路径并建立通信连接的技术。FSON路由是指在FSON中确定通信最佳路径的技 术。目前，FSON中路由技术分为三类：主动式路由、按需式路由和混合式路由。 主动式路由又称表驱动路由，拓扑变化时对全网广播，不论是否有通信需求都要 定时交换路径信息。按需式路由也被称作反应式路由，相对于主动式路由，按需 式路由是一种相对被动的方式，只有在有通信需求的情况下进行路由发现、路由 选择、路由维护等步骤。这种方法不需要维护大量的路由表项，在牺牲了一定路 由延迟的代价下极大的增加了网络的可扩展性，适用于动态移动性网络。混合式 路由本质上结合了主动式路由和按需式路由的特点，当网络规模增大时对网络进 行分簇，簇内采用主动式路由，簇间采用按需式路由，适用于大规模网络。在FSON 路由中，由于无线光链路点对点连接的特殊性，导致FSON链路变化频繁，通常 选择动态适应性较好的按需式路由。例如：Johnson等人在“DSR:the dynamic source routing protocol for multi-hop wireless ad hoc networks”(Ad Hoc Networking，2002:139—172)中，提出一种动态源路由DSR协议的按需路由方式， 该协议路由原理基于按需式路由，只在有新的通信需求时启动路由，路由步骤分 为路由寻找和路由维护，在路由寻找阶段源节点确定传输路径并记录在数据包 中，在路由维护阶段，源节点避免了路由中重复出现相同的转发节点，保证了路 由的开环特性，支持了不对称链路存在。但是在节点高速移动情况下，DSR协议 中对数据包洪泛的方式，增加了路由的时间延迟，导致网络吞吐量极其低下。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种适用于自由空间光 网络路由方法，用于解决现有技术中存在的因无法适应高速移动节点导致的时间 延迟高和吞吐量低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(1)自由空间光网络中的每个节点，利用邻居发现算法寻找其通信范围内 的节点，并将找到的节点的信息储存在邻居路由表中；

(2)源节点S判断其邻居路由表中是否存在最优路径，若是，执行步骤(5)， 否则，执行步骤(3)；

(3)根据蚁群模型，构建自由空间光网络的蚂蚁系统：

(3a)源节点S按照蚁群模型的状态转移规则，向八个互成45度的方向范 围内的中间节点发送若干个前向蚂蚁数据包；

(3b)中间节点记录接收到的前向蚂蚁数据包，并判断前向蚂蚁数据包中目 的节点的ID是否为该中间节点的ID，若是，执行步骤(5)，否则，中间节点对 前向蚂蚁数据包进行定向半洪泛，直到目的节点D收到该前向蚂蚁数据包，并 执行步骤(3c)；

(3c)目的节点D对收到的前向蚂蚁数据包中的路径时延、可用带宽和跳 数进行归一化，并对归一化结果进行拟合，得到信息素增量值；