本发明专利技术公开了一种基于容时延容中断网络的平流层主动路由设计方法，采用先聚类，后分层，再由无人机巡航的方式进行主动路由。首先采用聚类算法，依据地理位置将用户节点划分为若干个互不相交的小区，并选择各小区的汇聚节点。若小区内的节点希望向小区外的用户发送消息，则通过小区内无人机先将消息发送至汇聚节点。全网范围内专门有一架无人机负责在各个汇聚节点之间的巡航。当全网无人机经过汇聚节点的时候，汇聚节点将目的地不属于本小区的消息上传至无人机，由全网无人机负责将消息转发给目的小区的汇聚节点，再由目的汇聚节点的无人机负责将信息转发给目的节点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，采用先聚类，后分层，再由无人机巡航的方式进行主动路由。首先采用聚类算法，依据地理位置将用户节点划分为若干个互不相交的小区，并选择各小区的汇聚节点。若小区内的节点希望向小区外的用户发送消息，则通过小区内无人机先将消息发送至汇聚节点。全网范围内专门有一架无人机负责在各个汇聚节点之间的巡航。当全网无人机经过汇聚节点的时候，汇聚节点将目的地不属于本小区的消息上传至无人机，由全网无人机负责将消息转发给目的小区的汇聚节点，再由目的汇聚节点的无人机负责将信息转发给目的节点。【专利说明】-种基于容时延容中断网络的平流层主动路由设计方法
本专利技术涉及一种受限网络的主动路由设计方法，特别涉及一种基于容时延容中断 (DTN)网络的平流层主动路由设计方法。
技术介绍
容时延容中断网络（Delay/Disruption Tolerant Networks)，简记为 DTN，是一种 计算机网络体系结构方法，该方法旨在解决异构网络中缺乏可持续网络连接或超长传输时 延情况下的可靠数据传输问题。 DTN网络是一类没有稳定的端到端传输路径的网络形态，它由一组带有无线接收 装置的移动主机组成并且不需要依赖基础设施控制就可以相互通信。此类网络也被称为受 限网络，其特质计有：长时延或可变时延，间歇性的连接，非对称数据传输率和高数据链路 差错率。在这类应用环境中，设备之间的通信信道不稳定，有很大的延时及延时抖动，并且 长时间处于断开的状态，无法保证端到端连接的存在；另一方面又常常伴随着动态非结构 化拓扑的影响以及节点能力的限制，如CPU主频不高、存储空间有限、能量受限等。 平流层的网络就是一种受限网络。平流层网络是空天信息网的一部分。空天信息 网可分为天、空、地三个层次，天基以卫星为主，空基主要是指无人机和飞艇这类飞行器，地 基主要是地面站、信息中心和数据处理中心等应用系统。在平流层中的飞行器，如无人机和 飞艇等，将这些飞行器进行组网是非常必要的。例如，在对地观测系统中，飞艇组网观测平 台不仅能够适应高分对地观测环境的要求，并且可以有效提高观测系统的时间分辨率和空 间分辨率，此外，飞艇组网还能够建立快速回传数据通道，增加系统容量，并且进一步提高 系统的鲁棒性。 平流层路由主要解决的是地面用户和平流层用户（主要是用于对地观测和预警 的飞艇和高空气球）之间通过平流层飞行器实现可靠数据交付的问题。由于地面用户的移 动范围很有限，而飞艇和高空气球的机动性不佳，故本方案采用DTN主动路由技术，以机动 性能良好的无人机作为摆渡节点，为用户节点转发数据。平流层路由方案的核心就是无人 机航迹规划方案。 航迹规划是指无人机等飞行器为了完成特定的飞行任务，在综合考虑飞行器的机 动性能约束、飞行环境、油耗因素等一系列特定约束条件的基础上，自动规划从飞行器起始 点到目标点的最优化航空轨迹或者其他满足一定要求的航空轨迹。在无人机的航迹规划过 程中，不仅要考虑无人机的起飞区、目标区的各种信息，对于飞行途中飞过的区域也要满足 一定的条件限制。这些限制包括飞行器自身的各种飞行限制性条件，比如匹配区、导航点、 最小转弯半径和最低飞行高度等。 航迹规划问题类似于旅行商问题，主要面临在庞大空间内的路径搜索问题，因而 规划过程相当耗时。而航迹规划的精度与航迹规划的时间是一对突出的矛盾，在保证航迹 规划质量的情况下，如何提高航迹规划的速度用以缩短航迹规划的时间是一个必须解决的 问题。航迹规划问题要求找到从预设的起点到终点的一条最佳飞行航迹，是个复杂的多目 标优化过程，要求满足环境下外部威胁约束及无人机本身机动性能约束。 将主动路由技术应用到DTN的平流层中，存在以下两个问题。 -方面，传统路由策略的目标是找到源节点与目的节点之间的最短路径，减少数 据传输的跳数，但延迟容忍网络中的路由目标并不是如此简单。延迟容忍网络中的消息在 中间节点的等待时间比传统网络中的长的多，这样会由于缓冲的溢出导致丢失消息的情况 出现，所以需要以降低消息丢失的可能性为目标进行路由的设计。 另一方面，已有的航迹规划方案无法适应平流层的特点，因此，需要针对平流层的 特点，如飞行高度，大气环境等进行航迹规划算法的设计。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提出一种基于容时延容中断（DTN)网络的平流层主 动路由设计方法，解决平流层网络中缺乏可持续网络连接时的可靠数据传输问题。 本专利技术所采取的技术方案为： ，其特征在于包括以下步 骤： (1)采集容时延容中断网络的基本信息；容时延容中断网络的基本信息包括节 点、节点的度、节点间的边以及边的长度。 (2)采用聚类算法，依据地理位置和传输时延将全网范围内的全部节点划分为若 干个互不相交的小区，并在每个小区中选择一个节点作为汇聚节点； (3)当源节点向目的节点发送信息时，如果目的节点与源节点位于同一小区内，则 转入步骤⑷；否则，则转入步骤（5); (4)通过负责小区内节点巡航的无人机将信息由源节点发送至目的节点； (5)通过负责小区内节点巡航的无人机将信息由源节点发送至该小区的汇聚节 点，再由负责全网范围内汇聚节点巡航的无人机将信息发送至目的节点所在小区的汇聚节 点，最后由目的节点所在小区内负责节点巡航的无人机将信息发送至目的节点。 其中，步骤（2)具体包括以下步骤： (201)获取全网范围内的全部节点的连接关系，生成数据集；数据集包括：节点、 节点间的边、节点度与TTL时间； (202)从N个节点中选取节点度最大排序的前k个节点作为初始中心节点；其中， N为全网范围内的节点个数，k的数值为N的开平方；设定初始中心节点为当前中心节点； (203)对剩余的每个节点测量其到每个当前中心节点的距离，将到同一初始中心 节点距离最近的节点划分到一个小区； (204)计算小区内每个节点的节点度，将节点度最大的节点设置为新的中心节 点；如果新的中心节点与当前中心节点相同，则该中心节点为该小区的汇聚节点；如果新 的中心节点与当前中心节点不相同，则设定新的中心节点为当前中心节点，之后转入步骤 (203)； 其中，步骤（203)中的距离量化为TTL时间。 其中，步骤（204)中，当小区内的节点与当前中心节点的节点度同为最大值，则选 择当前中心节点为新的中心节点。 其中，步骤（4)和步骤（5)中，无人机巡航的航迹规划过程如下： (401)获取全网范围内的全部节点的连接关系，包括节点数量N、节点之间的距离 矩阵和最大迭代次数NC; (402)无人机按照需巡航的节点选择巡航路线，并分别计算各巡航路线的无人机 巡航综合代价，将综合代价最小的巡航路线作为最终的巡航路线。 其中，步骤（402)中无人机巡航综合代价的计算方式为： 【权利要求】1. ，其特征在于包括以下步 骤： (1) 采集容时延容中断网络的基本信息；容时延容中断网络的基本信息包括节点、节 点的度、节点间的边以及边的长度； (2) 采用聚类算法，依据地理位置和传输时延将全网范围内的全部节点划分为若干个 互不相交的小区，并在每个小区中选择一个节点作为汇聚节本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于容时延容中断网络的平流层主动路由设计方法，其特征在于包括以下步骤： (1)采集容时延容中断网络的基本信息；容时延容中断网络的基本信息包括节点、节点的度、节点间的边以及边的长度； (2)采用聚类算法，依据地理位置和传输时延将全网范围内的全部节点划分为若干个互不相交的小区，并在每个小区中选择一个节点作为汇聚节点； (3)当源节点向目的节点发送信息时，如果目的节点与源节点位于同一小区内，则转入步骤(4)；否则，则转入步骤(5)； (4)通过负责小区内节点巡航的无人机将信息由源节点发送至目的节点； (5)通过负责小区内节点巡航的无人机将信息由源节点发送至该小区的汇聚节点，再由负责全网范围内汇聚节点巡航的无人机将信息发送至目的节点所在小区的汇聚节点，最后由目的节点所在小区内负责节点巡航的无人机将信息发送至目的节点。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨悦，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13
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