[发明专利]基于多重性能自适应配对堆的时间演化图路由算法

权利要求书

1.一种基于多重性能自适应配对堆的时间演化图路由算法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、构造一个按照通信时隙表分时隙通信的中轨道卫星网络系统；

步骤2、根据24颗卫星的通信时隙表构造中轨道卫星网络系统的时间演化图模型；

步骤3、采用多重性能自适应配对堆优化迪杰斯特拉最短路径算法的数据存储结构；

步骤4、在时间演化图模型中应用优化的迪杰斯特拉最短路径算法计算最优路由。

2.根据权利要求1所述的基于多重性能自适应配对堆的时间演化图路由算法，其特征在于：所述步骤1构建方法为：采用STK仿真环境构造Walker星座及其轨道模型，利用STK仿真环境生成轨道数据信息，将轨道数据信息导入OPNET应用在中轨道卫星网络系统中，使分时隙通信的中轨道卫星网络系统中的24颗卫星按照其既定轨道正常运转。

3.根据权利要求2所述的基于多重性能自适应配对堆的时间演化图路由算法，其特征在于：所述Walker星座为Walker-24/3/1结构星座群，每个卫星节点内配置应用层、传输层、网络层、链路层和物理层；每个卫星节点配置一对定向收发天线，在某一方向上增益为200分贝，在其他方向上增益均为0；每个卫星的收发天线按照通信时隙表自动转换指向并与其他卫星建链通信。

4.根据权利要求1所述的基于多重性能自适应配对堆的时间演化图路由算法，其特征在于：所述步骤2的时间演化图模型为一张给定图的β个子图的有序序列，每一个子图对应于网络中某个时隙的网络拓扑；每个卫星被视为网络节点，卫星之间的连接被视为边，整个卫星网络被视为一个图，在构建时，根据通信时隙表将卫星之间连接存在的时间间隔标注在相对应的边上即可。

5.根据权利要求1所述的基于多重性能自适应配对堆的时间演化图路由算法，其特征在于：所述配对堆由配对堆节点构成，每一个节点包含队列元素和前驱指针、左孩子指针和右孩子指针；所述配对堆包括合并、插入、减少关键元素和删除最小元素操作。

6.根据权利要求1所述的基于多重性能自适应配对堆的时间演化图路由算法，其特征在于：所述步骤3的具体处理过程为：

(1)初始化源节点信息并构造一个配对堆节点作为根节点，添加根节点的指针；

(2)根据根节点的信息判断算法是否结束，如果没有结束，遍历当前节点的相邻节点并累积其开销；如果结束，则执行步骤(5)；

(3)如果相邻节点的配对节点为空，生成一个并从相邻节点中添加信息，随后构造该节点与堆节点之间的指针关系；

(4)利用当前节点的最小权重与相邻节点来更新配对堆节点的信息，并调整堆结构，返回步骤(2)；

(5)根据最终节点的堆节点信息获得路径结果，并且释放所有指针内存空间。

7.根据权利要求6所述的基于多重性能自适应配对堆的时间演化图路由算法，其特征在于：所述步骤(2)累积开销按下式计算：

开销＝Σα·时间+β·跳数+δ·延迟+γ·其它

其中，α、β、δ、γ分别为时间、跳数、延迟以及其它所需性能参数的权重值；所述的权重值根据实际需要进行配置，或者根据卫星网络运行过程中的吞吐量、拥塞、丢包率、延迟进行自适应调整。

8.根据权利要求1所述的基于多重性能自适应配对堆的时间演化图路由算法，其特征在于：所述步骤4具体处理过程为：在初始化时，对源点S有最早到达时间d(s)＝t_now，而对其它所有节点有d(u)＝∞；此时，源点S是最小堆Q中的唯一根节点；然后，当最小堆Q非空时，其根节点被取出并被分配给堆Q的根x，并将其删除；接下来，如果x有一个或者一些邻节点，为其每一个邻居v计算第一个有效边的时间是否大于等于当前时间，如果它不存在于堆Q中，将v插入堆Q；随后，更新d(v)及其关键元素；当x的所有邻节点均被遍历后，更新堆Q，关闭节点x；最后，将x插入最先到达路径树T中，如果堆Q中不存在任何节点，整个算法结束，从而获得了从源点S到其它所有节点的最先到达路径树T。