[发明专利]基于时空图的地球观测卫星网络最小开销路由方法

摘要

针对空间网络具有时变拓扑的特性，为解决动态性给网络路由带来的挑战，克服分布式路由及静态图的缺陷，本发明提出了一种基于时空图的地球观测卫星网络最小开销路由方法，给出了时空图具体的构造算法以及最小开销路由策略。时空图可以捕捉动态网络的切换点，具有时间和空间维度信息。因此，相比于其他方法，基于时空图的路由算法可以提供更加准确的结果及更详细的信息。考虑实际空间网络的传输任务需求，本发明设计了最小开销路由(MCMP)策略，同时设计了基于最早到达时间的EAMP算法作为比较对象，实验验证了时空图运用于空间网络的可行性及优势。

主权项

1.一种基于时空图的地球观测卫星网络最小开销路由方法，其特征在于：所述方法包括：时空图构造算法和最小开销路由策略；其中，所述时空图构造算法具体为：根据contact graph/CTG和时延要求，将拓扑动态变化的描述为时空图其中V＝{v_i|i＝1,…,N}，E＝{e_ij|v_i,v_j∈V}分别为节点和边集合，C＝{c_ij|e_ij∈E}，W＝{w_ij|e_ij∈E}分别为边的容量和单位传输开销集合，N为节点总数，n_t,n_f,t_start,t_end分别为发送节点、到达节点、链路起始时间、链路结束时间，时延γ为观测目标的QoS要求；定义节点{(i‑1)·N+j|i＝1,…,γ/τ+1}，j＝1,…,N，属于中的节点j，从而连接这些节点构造temporal link，对于CTG中的每一个连接ct(n_t,n_f,t_start,t_end)，其在时空图中跨越的层数为(t_end‑t_start)/τ，起始于第(t_start/τ+1)层，按以上节点编号方式在分层图中添加如下spatial link：{k·N+n_f→(k+1)·N+n_t|k＝t_start/τ,…,t_end/τ‑1},{k·N+n_t→(k+1)·N+n_f|k＝t_start/τ,…,t_end/τ‑1}，对时空图中的spatial link和temporal link添加权值，即计算传输容量和开销，得到所述最小开销路由策略具体为：给定中的传输任务及对应的时空图寻找一系列的s‑t路径P＝{p₁,…,p_n}传输任务数据，使得传输时延同时传输任务能量开销最小，s、t分别为源节点和目的节点；假设流过路径p_i及边e_ij的流量分别为和f_ij，则所解决的问题可描述为：为解决该问题，采用启发式算法：首先，以w_ij为权值、利用最短路径算法寻找中路径单位开销最小的路径，并分配大小为路径瓶颈容量的数据至该路径；然后更新的剩余网络，再重复上述过程直至路径传输的数据量等于