[发明专利]卫星机会式网络的转发方法

权利要求书

1.一种卫星机会式网络的转发方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立卫星机会式网络的数据流传输模型，用于描述卫星机会式网络中链路的动态时延和功率变化；

S2、提出基于链路稳定函数的转发方法，通过求解一个时延和能量约束下的动态规划问题，得到合适的单跳转发节点；

步骤S1包括以下过程：

在卫星机会式网络的不同“时隙”中，网络中各节点的连通关系会发生变化，针对考察时间段(t₁,t₂)内，均分为多个“时隙”进行考察，记为{t|t＝kτ,k∈N^*}，其中kτ为第k个时隙，τ为时隙长度，对于网络H：V_H代表节点集合，A_H代表链路集合,为在第k个时隙中网络H，为在第k个时隙中网络H包含的所有节点所构成的集合，为在第k个时隙中网络H包含的所有链路所构成的集合，在同一个“时隙”中，网络结构不发生变化，针对特定链路有：

其中，为在第k个时隙中节点i,j所构成的链路；

对数据量为M的文件进行传输，每条链路具有不同传输性能，用链路容量进行表征，为链路数据传输容量，表示链路所能传输的最大数据量且：

其中，为链路数据传输容量，为链路数据传输速率，为链路的归一化时延；

在t＝kτ时，节点V_i所存储的数据量为：

其中，x(V_i,kτ)为第k个时隙中节点V_i所具有的数据量，为信道丢包率；

在t＝kτ时，记p₀为传输单位数据量所需能量值，网络H耗能为：

其中，

E(H,t)为网络H消耗的能量；

除了节点能量受限之外，时延也是卫星机会式网络中需要考虑的因素，对于文件M，分N次传输给中继节点，M＝∑M_i,i∈N^*；中继节点无法在一个时隙中传输完成时，将数据传输给其余中继节点，可以确定传输文件各部分数据所需要时隙个数，传输文件所需时隙个数m即文件所用时延，得出：

而完成传输所用时延为各部分数据量传输完成所在时隙的最大值，k_Mi为M_i传输开始所在时隙，k₀为M开始传输所在时隙；

Delay(M)＝max(Delay(M_i)+k_Mi-k₀) (6)

其中，Delay(M_i)为传输文件M_i所需要的时间；

步骤S2包括以下过程：

根据卫星机会式网络动态拓扑的特性，节点需要在当前时刻所具有的所有可用链路中选择最优链路，因此需要考虑建立链路的节点对是否具有足够能量用于传输数据，同时假设转发给下一节点后，该节点在要求时延内是否能将这些数据传输至目的节点，

(1)约束条件：

时延要求：在考察时间内，下一节点的数据必须能够全部传完，时延要求T满足：

Δt为时延窗口；

能量开销要求：节点能量要大于路径损耗，能量开销要求E满足：

p_d·d≤e_i (8)

其中p_d为每时隙光程该条链路的路径损耗功率，e_i是节点V_i具有的能量值；

(2)对特定节点，定义链路稳定性函数：

其中，w_D,w_E,w_Λ为加权系数，且w_D+w_E+w_Λ＝1；d为链路通信距离，c为光速；t₀为不通过网络而直接传播所需要时间，λ₀为直接传输所具有的删除概率均值，为归一化传输时间，有：

E(n)为反馈次数，与传输所用协议及文件大小有关，简化设计可根据经验设为常值2，当时，代表一个时隙内节点间距离超过光程与信息折返次数的积，无法保证可靠传输，该条链路不可用；

(3)问题建模

在t时刻，对节点V_i，链路发生切换，所有可能的“邻居节点”所在链路构成一个集合B_Vi|_t＝kτ，B_Vi|_t＝kτ为第k个时隙中节点i的所有邻居节点构成的集合，“邻居节点”指能够建立链路的节点，满足传输机遇条件，在其中选择稳定性函数LSF最大的链路作为新的转发链路，需求出式(11)的最大值，对于整个传输任务而言，每当时隙改变之后，网络中个节点所具有的数据量发生改变，网络拓扑进入下一状态，其实质为动态规划问题，将按照这种方式进行转发称为基于链路稳定函数的转发方法，简称为LSF方案；