[发明专利]一种基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由方法

说明书

本发明公开了一种基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由方法，该方法基于SDN的多层卫星网络应用场景，通过建立多约束模型，并根据链路多约束信息对基本蚁群算法进行改进，利用改进的蚁群算法对模型进行求解，获得满足时延、带宽、丢包率多约束的路径代价最小路径。同时，提出了基于SNMcRA的转发机制，根据NDN中包逐跳转发的过程中动态构建FIB表和PIT表，实现包的可靠转发。相较于传统的洪泛路由和基于连接图的单一目标优化的路由方法，此方法基于SDN集中控制并利用改进的蚁群算法获取满足时延、带宽和丢包率多约束的代价最小路径，实现包的高效传输。

技术领域

本发明涉及卫星通信网络技术领域，具体涉及一种基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由方法。

背景技术

近年来，随着空间技术的飞速发展，卫星网络已成为全球通信的重要组成部分。路由协议作为卫星网络通信协议的核心，在提高卫星网络数据传输效率和可靠性方面意义重大。同时，用户对视频、语音等多媒体内容的需求飞速增长，而基于IP的卫星网络在内容传输上存在固有缺陷，即“身份-位置”的绑定使网内重复传输大量相同内容，极大浪费星上带宽资源。因此，在卫星网络环境中，需要一种新型的网络架构来克服上述问题。

命名数据网络(NDN，Named Data Networking)作为以数据为中心的未来网络架构，将内容与位置解耦，并支持网络内缓存，极大地缓解了传统TCP/IP网络所存在的传输效率问题。NDN现有的转发方法在拓扑结构稳定的场景下具有一定优势。Wang L等人提出基于OSPF的命名数据网络路由协议，通过洪泛来分发路由消息，实现内容分发。Zhang L通过周期性广播链路状态信息创建网络拓扑并进行包的分发，利用逐跳转发代替基于OSPF的周期性前缀公告泛洪。在卫星网络拓扑高动态变化的环境下，已有的静态映射和泛洪路由或基于链路状态广播的路由机制都难以适用，因为存在以下问题：1)兴趣包的频繁广播或多播将导致多个数据源重复回应请求，造成数据的冗余传输。2)卫星链路频繁中断导致数据包可能无法按照兴趣包的传输路径反向回传。

针对上述问题，国内外许多研究人员都展开了研究。Hasan MA Islam等人针对NDN在频繁中断环境下数据包无法及时得到回复而重发的问题，将NDN与DTN相结合以解决NDN无法适应频繁中断的问题。刘迪等人根据可预知的卫星链路切换状态，以时变图的方式进行建模，动态计算时间相关的最快路径实现包的传输，但其只考虑单个目标优化，而且联络拓扑时变性大使得路由效率较低。Zhou Y等人根据卫星间连接计划采用连接图路由计算方法制定数据包转发路径，并采用最优及次优两条路径同时转发，但其动态性差且对卫星节点要求较高。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由方法(Satellite Networks Multi-constraint Routing Algorithm，SNMcRA)，其基于SDN集中控制并利用改进的蚁群算法获取满足时延、带宽和丢包率多约束的代价最小路径，实现包的高效传输。

为实现上述目的，本申请提出一种基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由方法，包括：

基于SDN的多约束路由动态构建FIB与PIT表；

根据卫星网络链路多约束信息建立多约束路由模型；

结合所述链路多约束信息对蚁群算法进行改进，防止陷入局部最优解；

利用改进后的蚁群算法对所述多约束路由模型进行求解。

进一步的，动态构建FIB表，具体为：