[发明专利]基于蚁群算法的深空光网络路由方法

权利要求书

1.一种基于蚁群算法的深空光网络路由方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、初始化网络，随机设定深空光网络中一个路由器为源路由器，另一个路由器为目的路由器，根据设定的源路由器和目的路由器，设置深空光网络中的网络约束条件；所述的约束条件包括：

带宽约束：源路由器到目的路由器任一路径的带宽大于等于设定值；

延时约束：源路由器到目的路由器任一路径的时延小于等于设定值；

延时抖动约束：源路由器到目的路由器任一路径的时延抖动小于等于设定值；

丢包率约束：每个路由器传输数据的丢包率小于等于设定值；

路由器剩余电量约束：在当前路由器的下一跳可选路由器集中，选择剩余电量最大的路由器为下一跳路由器；

步骤2、在深空光网络中，根据网络约束条件，保留满足条件的路径和路由器；

步骤3、根据蚁群算法获取深空光网络的最优路径；

步骤3.1、设定信息素增量为0，当前循环迭代次数为0，设定蚁群规模数和最大循环迭代次数；

步骤3.2、在源路由器中构建设定规模数的前向蚂蚁，获得每只前向蚂蚁由当前路由器到达下一跳可选路由器集中每一条路径的转移概率，并选择转移概率最大的路径作为前向蚂蚁的移动路径；

步骤3.3、当前向蚂蚁到达下一跳路由器时，更新该路径上的信息素和转移概率，并判断从源路由器到当前路由器是否存在多条路径，若是，则保留所有路径中延时最小的路径作为当前最优路径，并继续寻找下一跳路由器，直到到达目的路由器，否则，直接寻找当前路由器的下一跳路由器，直到到达目的路由器；

步骤3.4、在目的路由器中构建与前向蚂蚁相同规模数的后向蚂蚁，获得每只后向蚂蚁由当前路由器到达下一跳可选路由器集中每一条路径的转移概率，并选择转移概率最大的路径作为后向蚂蚁的移动路径；

步骤3.5、当后向蚂蚁到达下一跳路由器时，更新该路径上的信息素和转移概率，并判断深空光网络中是否存在单向路径，根据判断结果选择移动路径，直到返回源路由器；

步骤3.6、判断循环迭代次数是否达到设定的最大循环迭代次数，若是，则执行步骤3.7，否则，返回执行步骤3.2；

步骤3.7、判断每一次迭代中最终目的路由器是否都找到，若是，则保存源路由器到达目的路由器的路径上的信息素，并且其他路径信息素清零，执行步骤3.8；否则，返回执行步骤3.1，更换其他路由器作为源路由器，直到每次循环迭代中，均找到目的路由器；

步骤3.8、当时延值保持不变时，则当前所寻找到的时延最小的路径为最终最优路径。

2.根据权利要求1所述的基于蚁群算法的深空光网络路由方法，其特征在于：步骤3.5中所述的判断深空光网络中是否存在单向路径，包括以下步骤：

步骤3.5.1、判断当前路由器与下一跳路由器之间路径的信息素是否为0，若是，则该路径为单向路径，并执行步骤3.5.2，否则，执行步骤3.5.3；

步骤3.5.2、根据与当前路由器相邻的路由器数量生成相同数量的广播后向蚂蚁，每只广播后向蚂蚁向对应的相邻路由器广播此路径为单向路径，同时获得每只后向蚂蚁由当前路由器到达下一跳可选路由器集中每一条路径的转移概率，并选择转移概率最大的路径作为后向蚂蚁的移动路径；

步骤3.5.3、后向蚂蚁沿该路径移动，到达下一跳路由器时，返回执行步骤3.5.1。

3.根据权利要求1所述的基于蚁群算法的深空光网络路由方法，其特征在于：步骤3.2和步骤3.4中所述的转移概率根据以下公式确定：

其中，α为信息启发因子，即轨迹的相对重要性，β为期望启发因子，即能见度的相对重要性，表示第k只蚂蚁由路由器i转移到路由器j的转移概率，τ_ij(t)^α表示t时刻在路由器i与路由器j之间路径上积累的信息素强度，η_ij(t)^β表示路由器i与路由器j之间路径的能见度，取值范围为[0,1]，τ_iu(t)^α表示t时刻从路由器i到下一跳可选路由器u的信息素，η_iu(t)^β表示路由器i到路由器u之间路径的能见度，取值范围为[0,1]，allowed_k表示第k只蚂蚁下一跳允许选择路由器的集合。

4.根据权利要求1所述的基于蚁群算法的深空光网络路由方法，其特征在于：步骤3.3和步骤3.5中所述的更新信息素的方法根据以下公式确定：

τ_ij(t+n)＝(1-ρ)×τ_ij(t)+Δτ_ij                      (2)

其中，τ_ij(t+n)表示从t时刻开始，经过n时刻路由器i移动到路由器j路径上积累的信息素强度，ρ表示信息素蒸发系数，取值范围为[0,1]，τ_ij(t)表示t时刻路由器i和路由器j路径上积累的信息素强度，Δτ_ij表示信息素增量；

公式(2)中的Δτ_ij由以下公式确定：

Δτij=Σk=1mτijk---(3)]]>

其中，表示第k只蚂蚁从路由器i到路由器j的信息素增量，k表示经过该路径的第k只蚂蚁，m表示在路径上走过的蚂蚁总数；

公式(3)中的由以下公式确定：

其中，Q表示信息素增加强度系数，L_k表示路由器i到路由器j的路径长度，P(j)表示j路由器目前剩余电量。