[发明专利]一种基于改进蚁群算法的卫星QoS路由算法

说明书

本发明公开了一种基于改进蚁群算法的卫星QoS路由算法,将蚁群算法引入卫星网络中，考虑到传统蚁群算法以节点之间距离作为启发函数，距离越短，对蚂蚁的启发性越高，但卫星网络不同于地面网络，为了能支持卫星网络上业务的多QoS需求，将蚁群算法进行改进，通过优化概率公式，改进启发函数，将链路QoS信息作为蚂蚁选择下一跳节点的重要参考依据，从而实现了业务对多QoS的需求；并结合排序思想来优化链路信息素更新规则。该算法在为不同的业务提供多约束QoS保障的同时，还提高了算法的寻优能力和收敛速度。

技术领域

本发明涉及一种卫星网络路由算法，具体说是一种基于改进蚁群算法的卫星QoS路由算法。

背景技术

卫星网络具有接入灵活、覆盖范围广、不受地理环境影响等特点，是对传统地面网络的有力补充，正引起人们越来越多的关注。无论是地面网还是卫星网，为业务寻找最优路径一直都是科研人员对其深入研究的重点问题。随着人类进入信息化时代，全球数字化、智能化进程的加快，卫星网络中多媒体业务获得了高速发展，并且其对卫星网络传输的路由指标要求不再局限于单一指标，多约束QoS路由也因此受到越来越多的重视。研究出能为业务提供多QoS保障的路由算法，已经成为卫星路由研究中的热点问题。

针对多约束QoS路由问题，利用传统的路由算法，会因为计算复杂、收敛速度慢而难以满足业务需求。随着智能算法的兴起，如人工神经网络、遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等，由于其算法智能，并且在求解多约束QoS问题时，表现出良好的性能，引起了科研人员的极大兴趣，并涌现了非常多的成果。

目前，有研究人员提出了一种基于蚁群的LEO卫星负载均衡路由算法，通过收集物理层信息做出路由决策，使用多目标优化模型来实现负载均衡，在平衡流量负载和提高报文传输速率方面表现良好。也有研究人员提出基于跨层设计的蚁群路由算法，该算法具有搜索能力强，收敛速度快的优点，能够满足业务实时传输的要求，但其只考虑了时延属性，不支持多属性QoS。还有研究人员提出一种基于边界制约蚁群系统的路由算法，用边界来限制部分路径信息素的过多积累，有效避免算法陷入早熟，具有良好的QoS性能，但该算法只实现了单个QoS指标的优化。上述提出的算法有的只考虑单个QoS，并且是以牺牲其他网络性能为前提，有的考虑多个QoS，但算法复杂度较高，并且传统蚁群算法在收敛性上存在不足，导致QoS路由算法在收敛性上性能不佳。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明设计一种基于改进蚁群算法的卫星QoS路由算法，该算法在为不同的业务提供多约束QoS保障的同时，还提高了算法的寻优能力和收敛速度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于改进蚁群算法的卫星多约束QoS路由算法，具体步骤如下：

C1、使用本征向量法来确定各个QoS属性的相对重要性；

C2、针对星上多媒体业务对QoS的需求，设定星间链路存在能满足业务需求的理想QoS属性信息；用表示一条链路上理想的QoS属性信息，用x＝(x₁,x₂,…,x_n)表示链路实际的QoS属性信息；

C3、如果蚂蚁k当前处于卫星节点i，则它选择下一个卫星节点j时，基于如下的状态转移规则：

其中，q是在[0,1]区间均匀分布的随机数，q₀∈[0,1]为一常数，J是选择的卫星节点。

C4、计算路径优度；

C5、结合Max-Min蚂蚁理论，每次循环完成后，只要蚂蚁找到了路径，就对该路径进行信息素的更新，将各条路径上的浓度限制在[τ_min,τ_max]范围内；每次循环完成后，根据下式进行信息素的更新：