一种空间DTN网络的组播路由方法技术

本发明专利技术公开了一种空间DTN网络的组播路由方法，属于卫星通信技术领域。本发明专利技术利用空间DTN网络中空间节点移动轨迹周期性并且可预知的特征得到节点之间的接触起止时间等信息，并根据空间DTN网络特有的存储‑携带‑转发机制，提出节点之间的最小时序路径算法，并通过不断迭代最小时序路径算法，并利用组播路径中的公共节点，构建组播树，通过本发明专利技术方法构建的组播路由能很好的应对空间DTN网络空间组网长时延、高误码率、间歇性连接和网络资源受限的特点，保障网络的递送率，提高网络资源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种空间DTN网络的组播路由方法
本专利技术属于卫星通信
，更具体地，涉及一种空间DTN网络的组播路由方法。
技术介绍
随着航天技术的发展，如何利用航天器组网及时准确地获取、处理和分发空间信息成为技术关键。DTN(DelayTolerantNetworks，即时延容忍网络)网络的结构特征和空间航天器组网的特征高度契合，适合于空间航天器组网并与地面多种多样的网络互联，从而形成空间DTN网络。空间DTN网络有着传统DTN网络长延时、间歇性连接、高误码率等特点，此外由于星上设备使用宇航级芯片，空间DTN网络中节点的存储资源十分受限。因此，需要设计在空间环境下特定的路由方案。当前DTN网络组播路由研究主要是针对机会网络这样的应用背景的，而关于空间DTN网络组播路由的研究则很少。在机会网络环境下，节点的移动轨迹不可预测，也就是说，节点的移动性模型不具有确定性。与此相反的是，在空间DTN网络中，其节点移动性模型具有确定性，即使某些空间节点由于随机性移动而导致网络拓扑变化过程发生改变，但由于空间节点运动具有周期性规律，所形成的新的网络拓扑变化过程同样也具有确定性，即空间节点的移动性模型是具有一定随机性的确定性节点移动性模型。空间DTN网络路由方法的研究一般基于其拓扑变化是一个确定的过程。Sushant等人最早展开了面向确定链路调度的空间DTN网络路由方法的研究工作，对确定性空间DTN网络进行了形式化描述，并研究了基于零知识的首次接触路由方法、基于部分知识的路由方法和基于全局信息的线性规划路由方法等3种不同的路由方法。Sushant等人的研究表明，随着信息量的增加，上述3种路由方法在时延和分组递送率方面性能表现出优势。Burleigh等人提出的接触图路由方法CGR(ContactGraphRouting)是一个有代表性的非常经典的空间DTN网络路由方法，其路由计算过程根据接触图(ContactGraph)进行。但是Sushant和Burleigh的研究都没有涉及空间DTN网络的组播问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种空间DTN网络的组播路由方法，其目的在于充分利用空间节点移动轨迹周期性并且可预知的特征得到节点之间的接触起止时间等信息，并根据DTN网络特有的存储-携带-转发机制，提出节点之间的最小时序路径算法，并通过不断迭代最小时序路径算法，并利用组播路径中的公共节点，构建组播树，由此解决空间DTN网络的组播路由的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种空间DTN网络的组播路由方法，所述方法包括以下步骤：(1)初始化空间DTN网络的组播树T为空，时移起始时刻Ts＝0；由空间DTN网络中两点之间的接触信息确定两节点间的时序距离，进一步推算空间DTN网络中源节点s到所有目的节点di的最小时序距离和最小时序路径p(s,di)(i＝1,2,...,m)；其中，目的节点集合D＝{di|i＝1,2，...，m}，m为目的节点总数；(2)按所述路径p(s,di)(i＝1,2,...,m)的跳数hop(p(s,di))的降序对所有路径排序，设hop(p(s,d1))≥hop(p(s,d2))≥…≥hop(p(s,dm))；(3)将最大跳数的路径p(s,d1)加入到组播树T中，即T＝T∪{p(s,d1)}，且i＝2；(4)分别计算源节点s和组播树T中各节点tj之间的最小时序距离dist[tj]，并以dist[tj]作为时移起始时刻计算节点tj和节点di之间的最小时序路径p(tj,di)；其中，j＝1,2,...,|T|，|T|表示组播树中节点数量；(5)在路径集合{p(tj,di)|tj∈T,j＝1,2,...,|T|}中，若路径p(tk,di)包含了组播树T中的节点，且和组播树T的公共节点数最多，则将路径p(tk,di)作为源节点s通过节点tk到达目的节点di的中间路径，并加入到组播树T中，即T＝T∪{p(tk,di)}；(6)i＝i+1；(7)重复步骤(4)～(6)，直到所有目的节点di都加入到组播树T中，由此得到空间DTN网络的组播路由方法。进一步地，所述步骤(1)中由所述网络中两点之间的接触信息确定两节点间的时序距离具体为：预测空间DTN网络中节点之间的接触信息，计算消息从一个节点通过多个接触传到另一个节点所需的时间，得到两节点间的时序距离。进一步地，所述两点之间的接触信息是根据空间DTN网络中节点移动性模型来预测得到。进一步地，所述两节点间的时序距离具体为：dist(s,v)＝min{ci(s,v).ts|ci(s,v).ts≥Ts,i＝1,2,…,n}其中，dist(s,v)表示为节点s到节点v的时序距离；ci(s,v)表示节点s和节点v间的第i个接触，n表示节点s和节点v之间接触的总数，接触表示为四元组：ci(s,v)＝(s,v,ts,te)，ts为接触i开始时刻，te为接触i终止时刻；Ts为时移起始时刻；若节点s到节点v之间没有接触，则dist(s,v)＝∞。进一步地，所述步骤(1)中进一步推算空间DTN网络中源节点s到所有目的节点di的最小时序距离具体为：(11)初始化集合S＝{s}，其中，S为所述网络中已求出最小时序距离的节点集合；s为所述网络的源节点；(12)从所述网络中选取一个节点w，若满足：w∈U且dist(s,w)＝min{dist(s,v)|v∈U}则s到w的最小时序距离dist[w]＝dist(s,w)；将节点w加入到集合S中，即S＝S∪{w}，U＝U-{w}；其中，U为网络中尚未确定最小时序距离的节点集合；(13)设U中与节点w有接触的节点为v，更新dist(s,v)值：dist(s,v)＝min{dist(s,v),min{ci(v,w).ts|ci(v,w).ts≥dist[w]，i＝1,2,…,k}}其中，集合U中的节点v和节点w之间有k个接触，k≥1；(14)重复步骤(22)～(23)，直到网络中所有节点都合并到集合S中，计算得到所述网络中源节点到其他所有节点的最小时序距离。进一步地，所述步骤(1)中进一步推算空间DTN网络中源节点s到所有目的节点di的最小时序路径具体为：最小时序距离所经过的节点所组成的路径即为最小时序路径。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术特征及有益效果：本专利技术方法充分利用空间节点移动轨迹周期性并且可预知的特征得到节点之间的接触起止时间等信息。并根据DTN网络特有的存储-携带-转发机制，提出节点之间的最小时序路径算法，并通过不断迭代最小时序路径算法，并利用组播路径中的公共节点，构建组播树，通过本专利技术方法构建的组播路由能很好的应对空间DTN网络空间组网长时延、高误码率、间歇性连接和网络资源受限的特点，保障网络的递送率，提高网络资源利用率。附图说明图1是本专利技术方法实施流程图；图2是本专利技术方法的典型应用环境网络节点接触时序图。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，以下结合附图及实施例，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用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。令空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间DTN网络的组播路由方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：(1)初始化空间DTN网络的组播树T为空，时移起始时刻Ts＝0；由空间DTN网络中两点之间的接触信息确定两节点间的时序距离，进一步推算空间DTN网络中源节点s到所有目的节点di的最小时序距离和最小时序路径p(s,di)(i＝1,2,...,m)；其中，目的节点集合D＝{di|i＝1,2，...，m}，m为目的节点总数；(2)按所述路径p(s,di)(i＝1,2,...,m)的跳数hop(p(s,di))的降序对所有路径排序，设hop(p(s,d1))≥hop(p(s,d2))≥…≥hop(p(s,dm))；(3)将最大跳数的路径p(s,d1)加入到组播树T中，即T＝T∪{p(s,d1)}，且i＝2；(4)分别计算源节点s和组播树T中各节点tj之间的最小时序距离dist[tj]，并以dist[tj]作为时移起始时刻计算节点tj和节点di之间的最小时序路径p(tj,di)；其中，j＝1,2,...,|T|，|T|表示组播树中节点数量；(5)在路径集合{p(tj,di)|tj∈T,j＝1,2,...,|T|}中，若路径p(tk,di)包含了组播树T中的节点，且和组播树T的公共节点数最多，则将路径p(tk,di)作为源节点s通过节点tk到达目的节点di的中间路径，并加入到组播树T中，即T＝T∪{p(tk,di)}；(6)i＝i+1；(7)重复步骤(4)～(6)，直到所有目的节点di都加入到组播树T中，由此得到空间DTN网络的组播路由方法。...

【技术特征摘要】
1.一种空间DTN网络的组播路由方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：(1)初始化空间DTN网络的组播树T为空，时移起始时刻Ts＝0；由空间DTN网络中两点之间的接触信息确定两节点间的时序距离，进一步推算空间DTN网络中源节点s到所有目的节点di的最小时序距离和最小时序路径p(s,di)(i＝1,2,...,m)；其中，目的节点集合D＝{di|i＝1,2，...，m}，m为目的节点总数；(2)按所述路径p(s,di)(i＝1,2,...,m)的跳数hop(p(s,di))的降序对所有路径排序，设hop(p(s,d1))≥hop(p(s,d2))≥…≥hop(p(s,dm))；(3)将最大跳数的路径p(s,d1)加入到组播树T中，即T＝T∪{p(s,d1)}，且i＝2；(4)分别计算源节点s和组播树T中各节点tj之间的最小时序距离dist[tj]，并以dist[tj]作为时移起始时刻计算节点tj和节点di之间的最小时序路径p(tj,di)；其中，j＝1,2,...,|T|，|T|表示组播树中节点数量；(5)在路径集合{p(tj,di)|tj∈T,j＝1,2,...,|T|}中，若路径p(tk,di)包含了组播树T中的节点，且和组播树T的公共节点数最多，则将路径p(tk,di)作为源节点s通过节点tk到达目的节点di的中间路径，并加入到组播树T中，即T＝T∪{p(tk,di)}；(6)i＝i+1；(7)重复步骤(4)～(6)，直到所有目的节点di都加入到组播树T中，由此得到空间DTN网络的组播路由方法。2.根据权利要求1所述的一种空间DTN网络的组播路由方法，其特征在于，所述步骤(1)中由所述网络中两点之间的接触信息确定两节点间的时序距离具体为：预测空间DTN网络中节点之间的接触信息，计算消息从一个节点通过多个接触传到另一个节点所需的时间，得到两节点间的时序距离。3.根据权利要求2所述的一种空间DTN网络的组播路由方法，其特征在于，所述两点之间的接触信息是根据空...

【专利技术属性】
技术研发人员：江国星，陈利，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42