CN104410443A - 卫星网络中结合卫星节点可用度的面向任务自组网算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于卫星网络的结合卫星节点可用度的面向任务自组网算法。该方法包括：A.根据业务对传输时延、剩余带宽、时延抖动以及丢包率的需求，计算面向任务的初始链路权值；B.根据卫星网络中卫星节点的忙碌度、卫星种类、相对移动速度计算卫星节点的可用度权值；C.结合初识链路权值以及链路两端的卫星节点可用度权值，计算综合链路传输代价值；D.在综合链路传输代价值的基础上进行路由，筛选满足业务需求的链路以及卫星节点，确保业务的QoS需求得到保障，同时使传输路径的有效性和稳定性。该算法能够实现面向任务的自组网，满足业务的QoS需求，增强网络稳定性，提高网络利用率。

Description

卫星网络中结合卫星节点可用度的面向任务自组网算法

技术领域

本发明涉及卫星通信领域。随着卫星网络规模的增大，业务类型与日俱增。当卫星网络中业务请求较多、业务量较重时，根据应用层业务的需求对卫星网络进行面向任务的自组网，通过高效、灵活的自组网算法，形成面向任务的自组织网络，在满足业务QoS(Quality of service)需求的同时，结合卫星节点的可用度，增强自组织网络的稳定性，同时提高网络利用率。

背景技术

卫星网络具有独立性、分布性、多跳性和移动性等特点，并且具有传输时延长、拓扑结构时变等特征，此外卫星网络空间跨度大，业务类型繁多。传统的卫星网络组网过程中，较为关注所生成的网络拓扑的物理特性，如：网络拓扑的连通度以及粘聚度，而较少考虑上层服务的业务需求，与此同时，卫星节点属性对组网性能的影响也少有研究。因此对卫星节点以及网络链路状态进行综合考虑，对卫星资源进行合理的规划，使卫星网络满足不同的业务需求，是提高卫星网络利用率，增强自组网有效性，提升业务满意度的有效途径。

发明内容

本专利在分析卫星网络中传输业务QoS需求的基础上，针对业务对传输时延、链路剩余带宽、时延抖动以及丢包率的要求，对卫星网络中链路的初始链路权重进行自适应的计算，筛选满足传输需求的链路；根据卫星节点的忙碌度、卫星种类、相对移动速度，计算卫星节点的可用度权值；综合初始链路权重以及卫星节点可用度权值，形成综合链路传输代价值，筛选符合业务需求的链路以及卫星节点，进行自组织网络的构建，在提高业务满意度的基础上，增强自组织网络的稳定性和有效性。

附图说明

图1结合卫星节点可用度的面向任务自组网算法流程图

具体实施方式

本专利的核心内容是根据传输业务的QoS需求设置链路的初识链路权值，并结合卫星节点的可用度权值，形成卫星网络中链路的综合链路传输代价数值。综合链路传输代价数值计算完毕之后，在此基础上进行路由，筛选满足业务需求的链路和卫星节点，进行路径的传输。

卫星网络中所提供的业务分别具有不同的QoS标准，QoS是对卫星网络所提供业务的重要评价指标。QoS主要目标是为业务提供优先服务，包括专用的带宽、受控的时延可容忍的时延抖动以及链路丢包率等。

在本专利的面向任务自组网算法中，E表示初始链路权值，s、d分别表示一条路径的源点和目的节点，(p,q)表示包含在源点和目的节点之间的、由节点p到节点q的一条链路；band(p,q)表示为链路(p,q)的剩余带宽；delay(p,q)表示为链路(p,q)的端到端时延；jitter(p,q)表示为链路(p,q)的时延抖动；loss(p,q)表示为链路(p,q)的丢包率。B_b、D_b、J_b、L_b分别表示业务对剩余带宽、传输时延、时延抖动以及丢包率的要求。根据业务需求自适应计算初始链路权重，面向任务的初始链路权重数学计算模型可以描述为：

min(delay(s,d)/D_b,B_b/B(s,d),jitter(s,d)/J_b,loss(s,d)/L_b)

$s.t.\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delay}(s,d)\≤D_b\\ \underset{(p,q)\∈\mathrm{path}(s,d)}{\min }\left(B(p,q)\right)\≥B_b\\ \mathrm{jitter}(s,d)\≤J_b\\ 1-\underset{(p,q)\∈\mathrm{path}(s,d)}{\mathrm{\Π}}(1-\mathrm{loss}(p,q))\≤L_b\end{array}\right.$

α₁、α₂、α₃、α₄分别表示剩余带宽、传输时延、时延抖动以及丢包率的计算系数。则初始链路权值表示如下：

$E={\mathrm{\α}}_1\frac{\mathrm{delay}(s,d)}{D_b}+{\mathrm{\α}}_2\frac{B_b}{B(s,d)}+{\mathrm{\α}}_3\frac{\mathrm{jitter}(s,d)}{J_b}+{\mathrm{\α}}_4\frac{\mathrm{loss}(s,d)}{L_b}$

其中，α₁+α₂+α₃+α₄＝1。

卫星节点的忙碌度、卫星种类以及链路链路两端卫星的相对移动速度都将影响卫星节点的可用度，忙碌度过高的卫星将无法承载更多的业务；不同卫星种类具有不同的优先级，决定着卫星参与自组网任务的优先级；而若链路两端卫星节点相对移动速度过大，将导致链路持续时间短、链路不稳定等问题。初始链路权重计算完毕之后，若立即执行拓扑控制算法，将有可能导致选中的链路质量较高但是链路两端的卫星节点的可用度较低，从而导致卫星节点的负担加重或者自组织网络结构不稳定，造成业务传输质量的降低甚至失败。

在计算卫星节点可用度权值时，N表示卫星节点可用度权值，b_aver表示链路两端卫星节点的节点忙碌度平均值；s_aver表示链路两端卫星节点的卫星种类权值的平均值；v表示链路两端卫星节点的相对移动速度值；β₁、β₂、β₃分别表示b_aver、s_aver、v的计算系数。则卫星节点的可用度权值表示如下：

N＝β₁×b_aver+β₂×s_aver+β₃×v

其中，β₁+β₂+β₃＝1。

在本专利中，fee表示链路传输代价值。α、β分别表示综合链路传输代价值计算过程中初始链路权重以及卫星节点可用度的计算系数。因此，在本专利中可以将面向任务的链路传输代价的计算式表示如下。

fee＝α×E+β×N，α+β＝1

各项业务根据上述公式，依据业务自身的QoS需求，形成特定的链路传输代价值。在确定链路传输代价值之后进行路由，筛选满足业务需求的链路以及卫星节点，进行数据的传输。使得业务的QoS需求得到保障，并且提高网络业务传输的有效性以及稳定性。

本专利提出的卫星网络中结合卫星节点可用度的面向任务自组网算法执行步骤如下：

101：接入卫星在接收到业务传输请求后，向周边卫星节点发送广播数据包，广播数据包中包含初始链路权值计算所需数据以及卫星节点可用度计算所需数据，收集周边卫星节点以及连接链路的相关信息。

201：根据请求业务对剩余带宽、链路时延、时延抖动以及丢包率的要求，计算当前网络中链路的初始链路权值。

301：根据卫星节点的节点忙碌度、卫星种类以及卫星相对移动速度，计算当前网络中卫星节点的可用度权值。

401：综合考虑初识链路权重以及卫星节点的可用度权值，形成综合链路传输代价值。

501：基于综合链路传输代价值进行路由，使得传输路径满足业务需求且提高自组网过程中业务传输的有效性和稳定性。

601：自组织网络构建完毕、传输路径确定之后，关闭不使用的路径以降低网络控制开销。

701：在业务传输完毕之后，更新路径的剩余带宽，恢复关闭的链路，准备下一次自组网请求。

卫星网络中结合卫星节点可用度的面向任务自组网算法的算法流程如图1所示。

Claims (4)

1.卫星网络中结合卫星节点可用度的面向任务自组网算法，该算法包括：

A.在卫星网络中，针对业务的QoS需求，根据链路剩余带宽、传输时延、时延抖动、丢包率，计算面向任务的初始链路权重；

B.根据卫星网络中卫星节点的忙碌度、卫星种类、相对移动速度计算卫星节点的可用度权值；

C.结合初始链路权重以及卫星节点可用度权值，计算链路传输代价。

在保证各项业务的均可以得到服务质量保证的同时，确保参与组网的卫星具有较高的可用度，以保证不加重卫星节点的负担，提高自组网的稳定性，避免造成卫星网络传输质量降低。

2.本专利提出针对业务的不同需求，在综合链路传输代价值的基础上路由，确保传输路径满足业务的QoS需求，并具有较高的稳定性和有效性，从而促进自组织网络结构的高效性和稳健性。

3.本专利提出在面向任务的自组织网络创建完毕、传输路径确定之后，关闭不使用的链路，在确保业务服务质量的基础上，节约网络控制、维护开销。

4.本专利提出，在完成一次业务传输之后，需要更新路径的剩余带宽，恢复关闭的链路，准备下一次自组网请求。