[发明专利]基于赋权时空图的空天信息网络路由方法

说明书

本发明提出了一种基于赋权时空图的空天信息网络路由方法，利用节点轨道运行具有周期性和规律性的特点，根据星历，将航天器运动周期分成若干个静态拓扑，并将链路带宽、时延、存储等资源作为权值构建赋权时空图模型，基于拓扑模型智能的从策略库中选取路由，能使路由更有效率，实现空天信息网络中高效可靠的数据传输。

技术领域

本发明属于空天信息技术领域，涉及空天环境中拓扑模型与路由算法，具体涉及一种基于赋权时空图的空天信息网络路由方法，从而保障实时信息的快速传输、关键信息的可靠传输和大流量信息的高效传输。

背景技术

空间信息网具有全球覆盖的能力，能够保证高速率传输和较宽的带宽，并支持灵活的、大规模的网络结构。其在组网方式、通信模式、资源能力等方面与基于基础设施的互联网具有很大差异，网络的空间尺度和时间尺度复杂，难以借用目前Internet、电信网络和传统无线网络相对成熟的组网技术。

相比于常规网络基于静态拓扑可采用图模型与优化理论，由于空天信息网络涉及多种异构之间动态变化的节点连接，必须发展动态图模型与优化理论。

受频谱和轨道等资源的限制及大时空跨度网络拓扑结构、高动态断续连通的网络环境，造成路由收敛困难、维护开销大，势必竞争有限的网络资源，另外卫星节点定制简化的体系结构，进一步造成传统的路由机制难以应用，为空天信息网路由算法提出了新的问题和挑战。

在现有路由算法中，消息拷贝路由算法有单拷贝路由算法和多拷贝路由算法，但前者不能保证投递成功，后者容易浪费带宽和能量资源，同时时间片划分后的拓扑模型中，需要考虑网络连通及非连通情况下的不同路由策略。

因此，急需研究出一种方案，能够适合于大时空尺度下星载网络拓扑结构模型并且能够进行自适应的智能路由。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题以及克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于赋权时空图的空天信息网络路由方法，利用节点轨道运行具有周期性和规律性的特点，根据星历，将航天器运动周期分成若干个静态拓扑，并将链路带宽、时延、存储等资源作为权值构建赋权时空图模型，基于拓扑模型智能的从策略库中选取路由，能使路由更有效率，实现空天信息网络中高效可靠的数据传输。

本发明在空天信息网的信息传输中，应用基于赋权时空图的拓扑模型实现自适应路由方法包括以下步骤：

步骤1：建立基于赋权时空图的拓扑模型；

步骤2：基于时空图模型，进行自适应智能路由；

针对网络所处的环境、阶段、自身状况和业务需求，基于赋权时空图构建的拓扑模型智能选择不同的路由策略。

步骤2.1：在网络连通，节点冗余情况下，采用基于负载均衡并且编码感知的路由协议；

步骤2.1.1：为避免盲目的应用网络编码而带来额外的计算开销，先选出适合网络编码的节点。采用基于节点入度、编码机会及干扰指数三者的评价指标判断节点是否适合于编码进行判断；

步骤2.1.2：在背压路由策略中加入网络编码的概念，综合考虑编码收益以及网络负载情况，得出转发效能函数，作为路由判据的度量；

步骤2.1.3：根据路由度量选择出适合于网络编码的路径；

步骤2.2：在网络不连通，节点稀疏情况下，采用“基于转发概率散发+控制拷贝数量”的原则来进行路由算法的设计，利用改进的散发和等待路由，即于转发概率的散发和等待路由R-SNW；

步骤2.2.1：基于概率散发；

定义一个转发概率矢量SSV(Spray Summary Vector)，用来表示节点间报文的转发概率R。

步骤2.2.2：基于控制拷贝数量；