[发明专利]基于赋权时空图的空天信息网络路由方法

权利要求书

1.一种基于赋权时空图的空天信息网络路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，获得静态拓扑时空图，并按照预定规则将其转化为赋权时空图的拓扑模型；其中，所述获得静态拓扑时空图，包括：所述空天信息网络中的节点，在离散时间片内的静态拓扑建立静态拓扑时空图；所述预定规则为，将链路带宽、丢包率、时延作为赋权的权值；所述将所述静态拓扑时空图按照预定规则转化为赋权时空图的拓扑模型，包括：将所述链路带宽、所述丢包率、所述时延作为赋权的权值，形成所述赋权时空图的拓扑模型，其中，所述赋权时空图的拓扑模型用于表示在预定周期内、所述空天信息网络中的用户航天器节点与中继卫星节点之间的连接随时间的变化情况；

步骤二，基于所述赋权时空图的拓扑模型，执行自适应、多策略的智能路由，

在所述步骤二中执行：

S201，在所述空天信息网络连通、节点冗余情况下，采用基于负载均衡且编码感知的路由协议方式；其中，所述S201包括：选择适合进行编码的节点，从而避免额外的计算开销；采用基于节点入度、编码机会和干扰指数三者的评价指标，判断所选的节点是否适合于编码；在背压路由策略中加入网络编码的改变，综合考虑编码收益和网络负载情况，得出转发效能函数，从而作为路由判断度量；根据所述路由判断度量，选择适合于所述网络编码的路径；其中，编码收益定义为：当输出队列中的分组Pm能够与分组Pi编码时，通过转发编码分组代替分别转发分组Pm和Pi能够减少期望转发次数；设分组Pt可与输出队列中的分组进行编码，并设Pc能够与Pt编码；不失一般性，Pc可是一个已编码分组或者原始分组，并假设Pc包含n(n≥1)个原始分组，以P1…Pn表示；其中如果n＝1时，Pc是一个原始分组，否则Pc为编码分组；对于任何一个分组Pm,设节点j为Pm选择的候选节点集包含的k个节点分别为那么编码收益可以表示为：表示节点成功接受到节点j发送的分组Pi并继续转发Pi的概率分组Pi搜索可以获取最大编码收益G_max的分组，G_max计算方法为；所述网络负载情况通过网络拥塞程度和通信密集程度进行描述；所述网络拥塞程度通过节点的队列长度来度量，即整个网络中路径的负载情况为：其中，bv是一个节点的发送速率，MIQd(v)/bv表示节点v实际传输中所需要的总体时间；通信密集程度：通过节点的流量来度量，节点v相对应的流量值为：其中，min(ETT)是整个网络中最小的期望传输时间的取值，当min(ETT)v值较高时就表示有更多的流量在节点v处聚集；所述转发效能函数表示空间信息网络的负载均衡且编码感知的路由度量NCLB-AIR，表示为：其中，S＝0表示具有编码机会，此节点处可以进行网络编码，并产生编码增益，S＝1表示，此节点不具有编码机会，需要直接通过被压路由策略及负载均衡的指标进行选择；

S202，在所述空天信息网络不连通、节点稀疏情况下，采用“基于转发概率散发+控制拷贝数量”的原则，执行路由算法设计并采用改进的散发和等待路由协议方式；其中，所述S202包括：当两个节点相遇时，互相交换对应节点的转发概率矢量SSV，其中，所述转发概率矢量用于表示一个节点成功转发消息到一个相遇节点的概率；根据所述转发概率矢量计算出两个节点的转发概率并进行比较；基于所述转发概率，确定是否对对应节点进行报文转发，从而完成基于转发概率转发；所述基于所述转发概率，确定是否对对应节点进行报文转发，从而完成基于转发概率转发，包括：设Ri(0≤Ri≤1)表示节点i的转发概率，则，Ri＝Wq×Qi+We×Ei+Wp×Pi，其中：Qi，Ei，Pi分别为归一化的节点质量、节点能量和节点相遇概率；Wq，We，Wp分别为三者的加权系数，节点质量Q的大小用节点在移动过程中单位时间内遇到网络中不同节点的数目来表示，节点相遇概率P与概率路由中传输预期值的计算方法相同；在概率散发路由算法中，其转发条件如下：节点A的转发概率为RA，节点B到的转发概率为RB，节点A所携带的报文数目为：N，若RB＞RA节点A对节点B进行报文的转发；根据报文拷贝数计算公式，基于所述转发概率，确定待转发的报文数，当节点i与j相通信时，所述报文拷贝数计算公式为：

其中，N表示报文的拷贝数，节点j没有该报文，节点j的转发概率矢量为R_j，n表示节点i将转发给节点j的报文拷贝数并且取值为整数。