时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法技术

本发明专利技术属于卫星通信技术领域，公开了一种时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法，包括：对卫星网络进行快照划分，得到一个卫星网络快照集合；对每个快照Gk计算所有节点之间的最短路由，生成路由表Tab；对所有路由表进行判断处理，寻找各节点之间的最佳路径。本发明专利技术当某一快照中源节点和目的节点不存在可达路径时，调用MTSM算法，综合考量多个快照的联系，寻找可达路径。和静态图快照方法求解时变卫星网络路由相比，该算法能够有效处理某一快照持续时间内通信节点之间不连通而导致传输时延变大或者传输失败的情况，从而提高业务的服务质量。

【技术实现步骤摘要】
时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法
本专利技术属于卫星通信
，尤其涉及一种时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法。
技术介绍
随着人们日益增长的通信需求以及科技的不断发展，现有地面上的网络已经不能满足人们的通信需求。卫星通信网络具有组网灵活、覆盖范围广、网络建设迅速、地理局限性弱等特点，使得卫星网络能够支持地面网络不能处理的业务，如环境与灾害监测、科学探索、气象、广播通信等。相对于地面网络，卫星网络的拓扑结构会持续变化，通信链路切换频繁且通信传输时延长；但是同时卫星网络又具有周期性和可预测性。路由技术作为网络通信的一个核心，直接关系着网络服务质量、服务数量的好坏，所以，研究卫星网络的路由技术对卫星网络的通信至关重要。卫星网络，尤其是低轨卫星网络系统，其拓扑结构是动态时变的。针对这一动态变化特性，Fischer等人提出了快照模型。该模型用一系列离散的静态拓扑图来表征动态的卫星网络拓扑。针对每个静态拓扑图，都可以利用传统的Dijkstra算法离线求出静态网络中端到端传输的最短路径。每个卫星节点处只存储一张路由表，在拓扑发生变化的时刻，各个卫星节点对路由表进行更新，完成后续数据的转发。当网络拓扑变化慢，负载少的时候，上述处理方式能够满足大部分的传输要求。然而，当网络拓扑变化快速，会造成端到端传输不能在单个静态拓扑图中完成，而上述处理方式求解最短路径只考虑单个静态拓扑图，就会导致路由选取错误或者失败，造成传输时延变大或者传输失败。综上所述，现有技术存在的问题是：当网络拓扑变化快速，会造成端到端传输需要跨越多个静态拓扑图，利用现有技术会导致传输时延变大或者传输失败。所以需要一种新的时变卫星网络最短路由算法，综合考虑多个静态拓扑图的联系，来寻找最佳路径。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法。本专利技术是这样实现的，一种时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法，所述时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法包括：对卫星网络进行快照划分，得到一个卫星网络快照集合；对每个快照Gk计算所有节点之间的最短路由，生成路由表Tab；对所有路由表进行判断处理，寻找各节点之间的最佳路径。进一步，所述对卫星网络进行快照划分，得到一个卫星网络快照集合具体包括：卫星网络拓扑发生变化，则形成一个新的快照，将其添加到卫星网络快照集合G中，得到标号为G＝{G1,G2,...,Gn}的快照集合。进一步，所述对每个快照Gk计算所有节点之间的最短路由，生成路由表Tab具体包括：(1)如果快照集合G中的快照提取完毕，对所有路由表进行判断处理；否则按顺序提取下一个快照:Gk；(2)如果快照Gk中的节点集合V＝{v1,v2,...,vn}中的节点提取完毕，返回(1)；否则提取下一个节点vi；(3)用Dijkstra算法计算节点vi到其他节点的最短路径，生成节点vi的路由表Tab，表中包含快照序号k、开始时刻结束时刻目的节点vj、到目的节点的时延信息Tij，以及下一跳节点信息；(4)对生成的路由表进行判断处理。若节点vi到目的节点vj的时延Tij满足则将节点vi的路由表Tab中目的节点vj对应行清空，返回(2)。进一步，所述对所有路由表进行判断处理，寻找各节点之间的最佳路径具体包括：(1)如果快照集合G中的快照提取完毕，结束算法；否则按顺序提取下一个快照Gk；(2)如果快照Gk中的节点集合V＝{v1,v2,...,vn}中的节点提取完毕，返回(1)；否则提取下一个节点vi的路由表Tab，并创建两个空集合SorNodes和DesNodes；(3)遍历Tab信息；若Tab中节点vi到其他节点vj均存在下一跳信息，则表明vi到其他节点均可达，不作处理，返回(2)。若Tab中节点vi到目的地址vj的下一跳信息为空，距离权值为∞，将vj加入DesNodes，否则将vj加入SorNodes；(4)进入这一步说明节点vi在快照Gk拓扑中与DesNodes中的节点不连通，没有可达路径；调用多拓扑搜索方法MTSM，将当前节点vi，DesNodes集合，SorNodes集合，当前所处的快照序号k，作为参数传递给MTSM处理方法，用MTSM返回值更新节点vi的DesNodes对应节点路由表，返回(2)。进一步，所述多拓扑搜索方法MTSM具体包括：步骤一，初始化；(1)输入节点vi，输入不可达节点集合DesNodes，输入可达节点集合SorNodes，输入快照序号k；(2)令源节点u＝vi；创建数组Y存储节点vi到DesNodes中节点的迭代距离信息，初始化为∞；创建数组NextHop存储节点vi到DesNodes中节点的下一跳信息，初始化为全0；步骤二，遍历SorNodes中的节点，对任一节点vi,i∈SorNodes的路由表Tab做以下判断：(1)如果Tab中vi,i∈SorNodes中的所有节点提取完毕，转步骤三；否则提取下一个节点vi。(2)节点vi,i∈SorNodes到DesNodes中所有节点考察完毕，返回(1)；否则考察DesNodes中下一个节点vj；节点vi,i∈SorNodes到SorNodes中的节点不必考察；(3)令快照迭代序号g＝k+1；如果在快照序号为g的Tab中存在节点vi,i∈SorNodes到节点vj,j∈DesNodes的下一跳信息不为空，则表明节点vi与节点vj在快照Gg中是连通的，其路径权值为yij，根据以下公式更新Y[j]；更新NextHop[j]。(4)若快照迭代序号g＝n，说明快照集合G中的快照已全部遍历，返回(2)；否则k＝k+1，返回(3)；步骤三，遍历Y数组，如果某个值Y[j]小于∞，则表示找到了源节点u到目的节点vj,j∈DesNodes的可达路径；从DesNodes中删除节点vj，并将vj节点加入到SorNodes；步骤四，若集合DesNodes为空，方法结束，返回；说明对所有DesNodes中的节点都找到最短可达路径。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：时变卫星网络多拓扑搜索最短路由算法，当某一快照中源节点和目的节点不存在可达路径时，调用MTSM方法，综合考量多个快照的联系，寻找可达路径。和静态图快照方法求解卫星网络路由相比，该算法能够有效处理某一快照持续时间内通信节点之间不连通而导致传输时延变大或者传输失败的情况，从而提高业务的服务质量。附图说明图1是本专利技术实施例提供的时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的仿真使用的场景示意图；图中：(a)7节点；(b)14节点；(c)21节点。图3是本专利技术实施例提供的MTSM算法的实现流程图。图4、图5是本专利技术实施例提供的SNMTSP算法的性能分析图。图6是本专利技术实施例提供的SNMTSP算法与传统Dijkstra算法的性能对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对现有技术直接使用静态图快照方法求解卫星网络路由时，若源节点和目的节点在某一快照持续时间内不连通，导致传输时延变大或者传输失败的问题；本专利技术提供基于快照模型下时变卫星网络多拓扑搜索最短路由算法(multi-Top本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法，其特征在于，所述时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法包括：对卫星网络进行快照划分，得到一个卫星网络快照集合；对每个快照Gk计算所有节点间的最短路由，生成路由表Tab；对所有路由表进行判断处理，寻找各节点之间的最佳路径。

【技术特征摘要】
1.一种时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法，其特征在于，所述时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法包括：对卫星网络进行快照划分，得到一个卫星网络快照集合；对每个快照Gk计算所有节点间的最短路由，生成路由表Tab；对所有路由表进行判断处理，寻找各节点之间的最佳路径。2.如权利要求1所述的时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法，其特征在于，所述对卫星网络进行快照划分，得到一个卫星网络快照集合具体包括：卫星网络拓扑发生变化，则形成一个新的快照，将其添加到卫星网络快照集合G中，得到标号为G＝{G1,G2,...,Gn}的快照集合。3.如权利要求1所述的时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法，其特征在于，所述对每个快照Gk计算所有节点间的最短路由，生成路由表Tab具体包括：(1)如果快照集合G中的快照提取完毕，对所有路由表进行判断处理；否则按顺序提取下一个快照:Gk；(2)如果快照Gk中的节点集合V＝{v1,v2,...,vn}中的节点提取完毕，返回(1)；否则提取下一个节点vi；(3)用Dijkstra算法计算节点vi到其他节点的最短路径，生成节点vi的路由表Tab，表中包含快照序号k、开始时刻结束时刻目的节点vj、到目的节点的时延信息Tij，以及下一跳节点信息；(4)对生成的路由表进行判断处理；若节点vi到目的节点vj的时延Tij满足则将节点vi的路由表Tab中目的节点vj对应行清空，返回(2)。4.如权利要求1所述的时变卫星网络多拓扑搜索最短路由方法，其特征在于，所述对所有路由表进行判断处理，寻找各节点之间的最佳路径具体包括：(1)如果快照集合G中的快照提取完毕，结束算法；否则按顺序提取下一个快照Gk；(2)如果快照Gk中的节点集合V＝{v1,v2,...,vn}中的节点提取完毕，返回(1)；否则提取下一个节点vi的路由表Tab，并创建两个空集合SorNodes和DesNodes；(3)遍历Tab信息；若Tab中节点vi到其他节点vj均存在下一跳信息，则表明vi到其他节点均可达，不作处理，返回(2)。若Tab中节点vi到目的地址vj的下一跳信息为空，距离权值为∞，将vj加入DesNodes...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勤，龙秋云，孙昆鹏，黄鹏宇，李红艳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61