[发明专利]一种基于低轨卫星网络的容迟/容断网络路由计算方法

说明书

本发明公开了一种基于低轨卫星网络的容迟/容断网络路由计算方法，包括以下步骤：构建卫星DTN网络系统模型；计算排队时延影响下的链路时延；计算接触剩余容量；计算路由。本发明考虑了路由计算中排队时延的影响，定义了一个队列要素并且提出了一种队列调度机制；为了避免已选择的路径无法转发消息的问题，考虑了接触容量的影响；通过设计一个消息路径更新因素，提出了一种路由更新策略，来打破传输实时更新和资源消耗之间的平衡。本发明能够减少网络中冗余的消息副本，降低消息的平均传输时延和网络负载率。本发明把剩余容量足够用来传输消息，并且时延最低的路径当作参考路径，能对通信过程中的一些突发故障等有较好的适应性。

技术领域

本发明涉及低轨卫星网络的路由策略，特别是一种基于低轨卫星网络的容迟/容断网络路由计算方法。

背景技术

卫星网络具有有限的传输能量、快速的移动性、频繁的切换、稀疏的节点密度、频繁的设备故障和时变拓扑等特点，卫星网络是间断性的接触，使其形成了一个典型的延迟/中断容忍网络(Delay/Disruption Tolerant Network，DTN)。如图1所示，DTN协议体系的核心思想是引入所谓的“包裹层”作为连接不同受限网络的覆盖层，采用此覆盖的节点依靠发送称为“包裹”的异步消息进行通信，所以DTN协议体系结构是一种面向受限网络的“容延迟的、面向消息的覆盖层体系结构”。这里所说的覆盖层是端到端的面向消息的附加层，称之为“Bundle层”，位于传输层和应用层之间。DTN具有两个显著的特点：一是DTN不假设存在发送端与接收端的端到端路径，包裹采用存储转发的方法进行传递；二是DTN引入了所谓的“包裹层”作为连接不同受限网络的覆盖层，采用此覆盖的节点依靠发送称为“包裹”的异步消息进行通信。

主流的DTN路由算法可以分为以下三类：①基于洪泛的路由算法，以Epidemic算法、Spray and Wait算法和PRoPHET算法为代表，此类路由算法通过增加消息副本，并按照一定的策略进行转发来增大消息投递率。因为这类路由方法不需要知道网络的任何信息就可以进行路由计算，所以计算复杂度很低，但是多副本增加了网络资源消耗，不适用于资源有限的卫星网络；②基于知识库的路由算法，以MED算法和ED算法为代表，此类路由算法使用根据传输延迟时间和传播延迟的计算预测边缘的链路的发生，并且所预测的接触可以识别一个源节点到该消息的目的节点的第一路径。该类算法降低了网络冗余，但由于采用了源路由选择，并且计算路径时不考虑中间节点的存储空间状态和系统中消息的情况，不能很好适应卫星网络的高动态性，带来大的消息传输时延；③基于连接图的路由算法，CGR路由算法，此类路由算法充分利用了卫星节点间接触的可预测性和周期性，消息每到达一个中间节点时，都会根据拥有全网节点的接触信息重新计算转发路径，这能很好的适应网络的动态性。但由于在路由计算时，未考虑消息的排队延时，导致消息可能错过当前可用的接触机会，一定程度上降低了平均传输时延和延时网络负载率。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能减少网络中冗余的消息副本和降低平均传输时延迟的基于低轨卫星网络的容迟/容断网络路由计算方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于低轨卫星网络的容迟/容断网络路由计算方法，包括以下步骤：

A、构建卫星DTN网络系统模型

基于网络中所有节点间的接触关系，建立接触图模型，令G＝(V,E)代表卫星DTN网络，其中节点集合V为卫星和地面站网络节点的集合；边集E为星间链路、星地链路通信链路的集合。对每条接触e∈E都用cp_e(t)表示每条接触的接触时间段集合，即：