一种低轨卫星网络中基于模糊逻辑的路由选择方法技术

本发明专利技术属于卫星通信技术领域，特别涉及一种低轨卫星网络中基于模糊逻辑的路由选择方法，包括基于虚拟拓扑的控制策略，屏蔽卫星网络拓扑的动态性，初始化卫星集合，并将两个不直接相连的卫星的星间链路优越性记为无穷小；根据传输时延、传播时延以及排队时延的隶属度计算源节点到目标节点形成的链路的优越性；搜索卫星集合Y中所有节点与源节点之间的路径优越性，选取目前链路优越性最高的节点k，并将节点放入集合X中，并在Y中删除该节点；实时检测卫星集合中节点k周围的邻居节点的状态，并更新源节点到卫星集合Y中所有节点的链路优越性，根据源节点s与节点k之间的路径优越性进行重路由；本发明专利技术能够对堵塞以及失效情况进行自适应调整。适应调整。适应调整。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨卫星网络中基于模糊逻辑的路由选择方法


[0001]本专利技术属于卫星通信
，特别涉及一种低轨卫星网络中基于模糊逻辑的路由选择方法。

技术介绍

[0002]低轨卫星网络具有轨道高度低、信号传输路径短、时延低和功率损耗小的特点，正日益成为卫星通信领域的热门研究话题。但是，低轨卫星网络组网需要的卫星数量更多，星间链路关系更复杂，导致链路参数的不确定性。例如，卫星间距离的不断变化造成链路传播时延的不确定性；负载较重的星间链路造成链路状态信息的更新的不及时；太阳辐射、电磁干扰等影响造成数据报丢失等故障。传统的低轨卫星路由算法没有考虑太空环境以及链路复杂环境下的不确定性，导致路由抗毁性能表现不佳，距离实际应用还是有一段距离。近年来，复杂环境下的抗毁性路由选择策略得到了各国科学研究技术人员的关注，成为了研究热门。
[0003]目前，卫星网络领域中基于模糊逻辑的抗毁性路由研究较少，还没有研究将模糊逻辑应用于卫星路由的抗毁性研究中。

技术实现思路

[0004]为了使路由能够适应卫星网络复杂的环境，能实现高效路由，并具有一定的抗毁性，本专利技术提出一种低轨卫星网络中基于模糊逻辑的路由选择方法，如图1，具体包括以下步骤：
[0005]S1、基于虚拟拓扑的控制策略，屏蔽卫星网络拓扑的动态性，初始化卫星集合，并将两个不直接相连的卫星的星间链路优越性记为无穷小；
[0006]S2、根据传输时延、传播时延以及排队时延的隶属度计算源节点到目标节点形成的链路的优越性；
[0007]S3、搜索卫星集合Y中所有节点与源节点之间的路径优越性，选取目前链路优越性最高的节点k，并将节点放入集合X中，并在Y中删除该节点；
[0008]S4、实时检测卫星集合中节点k周围的邻居节点的状态，并更新源节点到卫星集合Y中所有节点的链路优越性，若源节点s与节点k之间的路径不是优越性最高的路径则进行重路由；
[0009]S5、重复S3～S4，遍历所有卫星节点，直到卫星集合Y为空时，卫星集合X包括的卫星节点的链路优越性最高，获得最佳路由路径；
[0010]其中，卫星集合Y初始化后包括源节点以外的所有卫星节点；卫星集合X初始化后只包括源节点。
[0011]进一步的，基于虚拟拓扑的控制策略，屏蔽卫星网络拓扑的动态性，即基于拓扑的控制策略即将卫星运转的周期T
sys
划分为一系列等长的时间间隔n，每个时间间隔内的网络
拓扑用一个拓扑快照来表示，相邻的两个快照的时间间隔为即在t＝wΔt(w＝0,1,2,
…
n)时刻刷新快照；在每一个特定的时刻，卫星的网络拓扑可视为静态，此时有一个对应的快照代表了这一时刻的网络拓扑。
[0012]进一步的，源节点到目标节点形成的路径的优越性评估函数表示为：
[0013][0014][0015]其中，Lx
st
为从源节点s到目的节点t的路径优越性，Path
(s,t)
为从源节点s到目的节点t路径上包括的链路；Lx
ij
为卫星节点i到卫星节点j的链路优越性；α1、α2以及α3分别为链路传播时延、传输时延以及排队时延隶属度的权重；以及分别为链路传播时延、传输时延以及排队时延的隶属度。
[0016]进一步的，卫星节点i到卫星节点j的传输时延的隶属度函数表示为：
[0017][0018]其中，Tc
ij
为卫星节点i到卫星节点j的传输时延；Tc
ijmid
为链路(i,j)的所传输的数据分组长度L与0.8倍的链路传输速率V
ij
的比值，即Tc
ijmax
则是链路(i,j)的所传输的数据分组长度L与0.3倍的链路传输速率V
ij
的比值，即
[0019]进一步的，卫星节点i到卫星节点j的传播时延的隶属度函数μ
Tdij
(x)表示为：
[0020][0021]其中，Td
ij
为卫星节点i与卫星节点j之间的传播时延；Td
ijmin
为当卫星运行至极点区域时，星间距离与光速常量的比值；Td
ijmax
为低轨卫星网络能容忍的最大延迟。
[0022]进一步的，卫星节点i与卫星节点j之间的传播时延表示为：
[0023][0024][0025]其中，d
ij
为卫星节点i与卫星节点j的链路距离，R为地球半径，h为卫星轨道高度，θ为两颗卫星与地心连线的夹角；c为光速常量。
[0026]进一步的，卫星节点i到卫星节点j的排队时延的隶属度函数表示为：
[0027][0028]其中，Tp
ij
为卫星节点i到卫星节点j的排队时延；Tp
ijmax
为排队时延的最大值；Tp
ijmid
为Tp
ijmax
的一半。
[0029]进一步的，卫星节点i到卫星节点j的排队时延Tp
ij
表示为：
[0030][0031]其中，Pc
i
为发送缓冲队列中数据包的长度，n
i
为排队中的包的个数，R
ij
为此时卫星节点i往卫星节点j发送数据的转发速率。
[0032]进一步的，根据源节点s与节点k之间的路径优越性判断是否需要进行重路由包括：
[0033]设定传输时延、传播时延与排队时延的理论上升触发阈值分别为β1、β2、β3；
[0034]设定传输时延、传播时延与排队时延的理论下降触发阈值分别为
[0035]在行星运行过程中，若存在两项或者两项以上指标触发设定的阈值，则进行重路由。
[0036]本文中卫星节点的路由更新方式包括两种，一种是达到重路由条件引发的触发更新路由方式，另一种是随着拓扑更新而更新路由。本文采用虚拟拓扑的控制策略屏蔽了卫星的移动特性，每隔一段时间就依据全局的链路代价函数重新计算此快照的最新路由，在每个快照上采用Dijkstra算法进行路由计算，这就是定时更新。这种定时更新和触发更新相结合的模式还体现了集中式和分布式的结合，网络能够对堵塞以及失效情况进行自适应调整；另外本专利技术与传统的Dijkstra算法相比，没有采用距离作为寻优指标，本专利技术基于排队时延、传输时延、传播时延对链路优越性进行刻画作为算法的寻优指标，在寻路时更可靠，且可以避免拥塞。
附图说明
[0037]图1为本专利技术一种低轨卫星网络中基于模糊逻辑的路由选择方法流程图。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]本专利技术提出一种低轨卫星网络中基于模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星网络中基于模糊逻辑的路由选择方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、基于虚拟拓扑的控制策略，屏蔽卫星网络拓扑的动态性，初始化卫星集合，并将两个不直接相连的卫星的星间链路优越性记为无穷小；S2、根据传输时延、传播时延以及排队时延的隶属度计算源节点到目标节点形成的链路的优越性；S3、搜索卫星集合Y中所有节点与源节点之间的路径优越性，选取目前链路优越性最高的节点k，并将节点放入集合X中，并在Y中删除该节点；S4、实时检测卫星集合中节点k周围的邻居节点的状态，并更新源节点到卫星集合Y中所有节点的链路优越性，若源节点s与节点k之间的路径不是优越性最高的路径则进行重路由；S5、重复S3～S4，遍历所有卫星节点，直到卫星集合Y为空时，卫星集合X包括的卫星节点的链路优越性最高，获得最佳路由路径；其中，卫星集合Y初始化后包括源节点以外的所有卫星节点；卫星集合X初始化后只包括源节点。2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星网络中基于模糊逻辑的路由选择方法，其特征在于，基于虚拟拓扑的控制策略，屏蔽卫星网络拓扑的动态性，即基于拓扑的控制策略即将卫星运转的周期T
sys
划分为一系列等长的时间间隔n，每个时间间隔内的网络拓扑用一个拓扑快照来表示，相邻的两个快照的时间间隔为即在t＝wΔt(w＝0,1,2,
…
n)时刻刷新快照；在每一个特定的时刻，卫星的网络拓扑可视为静态，此时有一个对应的快照代表了这一时刻的网络拓扑。3.根据权利要求1所述的一种低轨卫星网络中基于模糊逻辑的路由选择方法，其特征在于，源节点到目标节点形成的路径的优越性评估函数表示为：越性评估函数表示为：其中，Lx
st
为从源节点s到目的节点t的路径优越性，Path
(s,t)
为从源节点s到目的节点t路径上包括的链路；Lx
ij
为卫星节点i到卫星节点j的链路优越性；α1、α2以及α3分别为链路传播时延、传输时延以及排队时延隶属度的权重；以及分别为链路传播时延、传输时延以及排队时延的隶属度。4.根据权利要求3所述的一种低轨卫星网络中基于模糊逻辑的路由选择方法，其特征在于，卫星节点i到卫星节点j的传输时延的隶属度函数表示为：
其中，Tc
ij
为卫星节点i到卫星节点j的传输时延；Tc
ijmid
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云，郑丹，吴广富，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：