[发明专利]一种空天地一体化网络路由方法

说明书

本发明公开了一种空天地一体化网络路由方法，通过在空天地一体化网络的每个节点处设置用于存储需要完成的数据任务的链路队列；在每个时隙开始时刻，将数据源产生的数据分组并传入节点对应的链路队列末尾，同时根据新产生的数据计算当前数据总量、节点剩余能量和链路带宽利用率；以最低时延为目标，节点剩余能量和链路带宽利用率为约束条件来进行路由，依次从队列中选取任务传输至被选取的下一跳，层层递进，直到到达目的节点，本发明以最低时延为目标，并实时检测剩余能量和带宽利用情况并进行更新，能够满足不同领域用户的各种需求，相比Floyd路由，时延、丢包率和带宽利用率性能均获得了显著提升，适用于日益增长的通信需求。

技术领域

本发明涉及到无线通信领域，具体涉及一种空天地一体化网络路由方法。

背景技术

通信行业的发展日新月异，然而当前各类通信网络却各自存在一定的局限性。地面通信网络存在通信盲/弱区，容易受地理因素影响。而空中通信网络能量受限，网络可靠性不足。卫星通信网络又存在长时延及带宽受限问题，适用场景有限。随着用户需求的不断提高，渐渐衍生出一种新趋势：空天地一体化。低成本的空基成为天基和地基之间的中继。作为目前最具发展前景的网络之一，空天地一体化具有协作性、泛在性、高效性三大特点，能够满足不同领域用户的各种需求。然而，空天地一体化网络因具有时变性、异构性、自组织、分布式、开放性等特点，引发了一系列新的挑战。如体系设计、网络控制、频谱管理、能量管理、路由和切换管理、安全防护等。本文主要围绕其中的路由问题展开研究。空天地一体化需要实现多网间的大容量数据传输，因此研究多层网络间的路由显得尤为重要。目前已有的路由方案均没有针对飞行器能量受限、卫星带宽资源有限等联合做出有效改善，无法保证带宽利用率性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空天地一体化网络路由方法，以克服现有技术的不足，本发明能够在约束剩余能量和带宽利用率的同时降低端到端时延。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种空天地一体化网络路由方法，包括以下步骤：

S1，在空天地一体化网络的每个节点处设置用于存储需要完成的数据任务的链路队列；

S2，在每个时隙开始时刻，将数据源产生的数据分组并传入节点对应的链路队列末尾，同时根据新产生的数据计算当前数据总量、节点剩余能量和链路带宽利用率；

S3，以最低时延为目标，节点剩余能量和链路带宽利用率为约束条件来进行路由，依次从队列中选取任务传输至被选取的下一跳，层层递进，直到到达目的节点。

进一步的，以最低时延为目标即令总时延最短，目标函数如下：

其中，λ为数据流的泊松分布参数，i，j代表网络节点；

以节点剩余能量和链路带宽利用率为约束条件：

所有节点i在任意时刻t的最小剩余能量E_ir(t)大于等于阈值η₁(λ)：

每条链路ij的带宽利用率小于等于网络拥塞率η₂(λ)：

其中，L_pkt为数据包长度，N_pkt为单位时间内的数据包数量，B_ij为链路带宽。

进一步的，空天地一体化网络状态空间中的所有节点s；其输入为网络邻接矩阵，输出当前状态下的最佳路由选择；依据贪婪策略选取节点s状态的出口链路a，根据公式更新Q值表：

Q(s，a)←Q(s，a)+α[R+γmax Q(s′，a′)-Q(s，a)]

α为学习率，γ为折扣率；