[发明专利]基于时分的收发信机受限空间信息网络最大流路由方法

说明书

本发明公开了一种基于时分的收发信机受限空间信息网络最大流路由方法。其具体实现步骤是，首先构建时间扩展图，划分节点副本链路类型，生成扩展流入、流出链路集合；然后划分时间段，以时间段为单位分配收发信机资源；最后调整空间信息网络链路中传输的数据量，生成空间信息网络的最大流路由。本发明解决了收发信机个数对连通链路数目的限制问题，能够更高效的利用节点资源和收发信机资源，提高空间信息网络中端到端节点的吞吐量。

技术领域

本发明属于电通信技术领域，更进一步涉及空间信息网络技术领域中的一种基于时分的收发信机受限空间信息网络最大流路由方法。本发明可用于对互联网、物联网、移动通信、卫星通信和深空等收发信机受限空间信息网络中进行数据传输。

背景技术

空间信息网络是以空间平台(如同步卫星或中、低轨道卫星和有人或无人驾驶飞机等)为载体，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统。由于空间信息网络中的节点处于高速运动之中，网络拓扑往往具有随时间变化、断续连通等特点，并且卫星节点通常采用存储—携带—转发而不是存储—转发的方式传输数据。受限于空间节点有限的能量和链路资源，空间信息网络的通信资源和收发信机资源比较稀缺，获取收发信机受限的空间信息网络最大流可以充分利用有限的网络资源，获取网络负载的上限。

雷柳在其发表的论文基于图模型的DTN网络路由算法研究(西安电子科技大学2015年硕士学位论文)中提出一种基于时间扩展图的收发信机受限的最大流方法。该方法是在收发信机数目限制为1的情况下，将一个时间间隔作为不可划分的固定时间分配收发信机资源进行连通，所以将节点的通信流入链路和通信流出链路个数都限制为不能超过1，在此约束条件下寻找可行路径，并考虑了流量守恒，将问题建模为一个非线性规划，能够求解出给定网络的最大流数值。但是，该方法仍然存在的不足之处是，当收发信机个数受限时，由于该方法将一个时间间隔作为不可划分的固定时间分配收发信机资源进行连通，所以节点在分组转发时可供选择的连通链路数受限于收发信机个数，造成链路资源和收发信机资源浪费，路径选择不灵活，节点资源利用率低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于时分的收发信机受限空间信息网络最大流路由方法，本方法通过将时间间隔划分为多个时间段来独立的分配收发信机资源，解决了收发信机个数对连通链路数目的限制问题，能够更高效的利用节点资源和收发信机资源，提高空间信息网络中端到端节点的吞吐量。

实现本发明目的的思路是，首先根据最大流定义在时间扩展图中得到目标函数，然后通过引入虚拟流入、流出链路生成了扩展流入、流出链路集合，再将时间间隔划分为多个时间段，然后通过标记链路集合中各链路在每个时间段的连通状态来分配收发信机资源，通过不断调整各链路的连通时间和链路中传输的数据量，在满足每个时间段的流入、流出数据量达到平衡的条件下，得到空间信息网络中的最大流流值和最大流路由。

本发明的具体步骤如下：

步骤1，构建空间信息网络的时间扩展图：

以空间信息网络拓扑中保持不变状态的时间段为时间间隔，将空间信息网络的一个运行周期[0,T]划分为L个等长的时间间隔；

构建空间信息网络的时间扩展图G(V_C,E)，其中,V_C表示空间信息网络中实际存在的节点集合在每个时间间隔内的副本集合，E表示由副本集合V_C中的相邻时间间隔的节点副本间产生的缓存链路集合E_S和副本集合V_C中的相同时间间隔的节点副本间产生通信链路集合E_L和虚拟链路集合E_R组成的链路集合；

步骤2，划分节点副本链路类型：