CN109150728B - 基于赋权时空图的空天信息网络路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于赋权时空图的空天信息网络路由方法，利用节点轨道运行具有周期性和规律性的特点，根据星历，将航天器运动周期分成若干个静态拓扑，并将链路带宽、时延、存储等资源作为权值构建赋权时空图模型，基于拓扑模型智能的从策略库中选取路由，能使路由更有效率，实现空天信息网络中高效可靠的数据传输。

Description

基于赋权时空图的空天信息网络路由方法

技术领域

本发明属于空天信息技术领域，涉及空天环境中拓扑模型与路由算法，具体涉及一种基于赋权时空图的空天信息网络路由方法，从而保障实时信息的快速传输、关键信息的可靠传输和大流量信息的高效传输。

背景技术

空间信息网具有全球覆盖的能力，能够保证高速率传输和较宽的带宽，并支持灵活的、大规模的网络结构。其在组网方式、通信模式、资源能力等方面与基于基础设施的互联网具有很大差异，网络的空间尺度和时间尺度复杂，难以借用目前Internet、电信网络和传统无线网络相对成熟的组网技术。

相比于常规网络基于静态拓扑可采用图模型与优化理论，由于空天信息网络涉及多种异构之间动态变化的节点连接，必须发展动态图模型与优化理论。

受频谱和轨道等资源的限制及大时空跨度网络拓扑结构、高动态断续连通的网络环境，造成路由收敛困难、维护开销大，势必竞争有限的网络资源，另外卫星节点定制简化的体系结构，进一步造成传统的路由机制难以应用，为空天信息网路由算法提出了新的问题和挑战。

在现有路由算法中，消息拷贝路由算法有单拷贝路由算法和多拷贝路由算法，但前者不能保证投递成功，后者容易浪费带宽和能量资源，同时时间片划分后的拓扑模型中，需要考虑网络连通及非连通情况下的不同路由策略。

因此，急需研究出一种方案，能够适合于大时空尺度下星载网络拓扑结构模型并且能够进行自适应的智能路由。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题以及克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于赋权时空图的空天信息网络路由方法，利用节点轨道运行具有周期性和规律性的特点，根据星历，将航天器运动周期分成若干个静态拓扑，并将链路带宽、时延、存储等资源作为权值构建赋权时空图模型，基于拓扑模型智能的从策略库中选取路由，能使路由更有效率，实现空天信息网络中高效可靠的数据传输。

本发明在空天信息网的信息传输中，应用基于赋权时空图的拓扑模型实现自适应路由方法包括以下步骤：

步骤1：建立基于赋权时空图的拓扑模型；

步骤2：基于时空图模型，进行自适应智能路由；

针对网络所处的环境、阶段、自身状况和业务需求，基于赋权时空图构建的拓扑模型智能选择不同的路由策略。

步骤2.1：在网络连通，节点冗余情况下，采用基于负载均衡并且编码感知的路由协议；

步骤2.1.1：为避免盲目的应用网络编码而带来额外的计算开销，先选出适合网络编码的节点。采用基于节点入度、编码机会及干扰指数三者的评价指标判断节点是否适合于编码进行判断；

步骤2.1.2：在背压路由策略中加入网络编码的概念，综合考虑编码收益以及网络负载情况，得出转发效能函数，作为路由判据的度量；

步骤2.1.3：根据路由度量选择出适合于网络编码的路径；

步骤2.2：在网络不连通，节点稀疏情况下，采用“基于转发概率散发+控制拷贝数量”的原则来进行路由算法的设计，利用改进的散发和等待路由，即于转发概率的散发和等待路由R-SNW；

步骤2.2.1：基于概率散发；

定义一个转发概率矢量SSV(Spray Summary Vector)，用来表示节点间报文的转发概率R。

步骤2.2.2：基于控制拷贝数量；

步骤3：结束。

应了解，传统的背压路由策略是基于节点之间传输数据积压差的一种调度策略，随网络状态改变做到负载均衡，保障传输效率。

因此，与现有技术相比，采用本发明可以实现以下的有益效果：

1)根据卫星节点连接动态变化的特点，在时间域和空间域上计算得出时间T内的若干静态有向拓扑图，区别于现有常规网络，时间片是离散，不固定的，能够根据卫星节点运动情况及连接情况作相应调整；

2)本发明在时空图基础上将链路带宽、丢包率、时延等资源作为权值构建赋权模型，提高被选路径的可靠性，从而避免频繁的路由计算带来的开销；

3)针对卫星节点的连接变化，路由策略的制定分为连通及非连通两种情况。

4)连通情况下，发明通过编码感知选择合适编码节点，避免盲目编码带来额外计算开销；在此基础上，综合编码收益与网络负载得出路由判据，保障不同网络状态下的传输效率；

5)非连通状态下，发明概率散发等待路由策略，避免了网络分割现象出现导致单拷贝报文投递失败，多拷贝报文带来的带宽和缓存空间的浪费，使其适用于动态变化及能量受限的空天信息网中，既保证传输的可靠性又节约网络带宽和能量，提高网络性能。

可见，采用本发明的路由方案，使得路由收敛相对容易，并且能够进一步减少维护开销，从而保障了实时信息的快速传输、关键信息的可靠传输和大流量信息的高效传输。

附图说明

图1是本发明具体实施方式所涉及的时空图拓扑模型的示意图；

图2是本发明具体实施方式中使用的空间信息网蝶形网络拓扑的示意图；

图3是本发明具体实施方式所涉及的源节点和中继节点的缓存队列状态的示意图；

图4是本发明具体实施方式所涉及的干扰情况的示意图；

图5是本发明具体实施方式所涉及的R-SNW示意图。

具体实施方式

应了解，本发明主要由基于赋权时空图的拓扑模型和自适应智能路由组成，其利用节点轨道运行具有周期性和规律性的特点，根据星历，将航天器运动周期分成若干个静态拓扑，空天信息网节点在离散时间片内的静态拓扑建立时空图，并将链路带宽、时延、存储等资源作为权值构建赋权时空图模型，基于拓扑模型智能的从策略库中选取路由，能使路由更有效率，实现空天信息网络中高效可靠的数据传输。

下面结合附图1-5及具体实施方式对本发明进行详细说明。如附图所示，本发明的基于赋权时空图的空天信息网络路由方法包括如下步骤：

步骤1：建立基于赋权时空图的拓扑模型。

上述的时空图是一个同时在时间域和空间域表示节点变化的有向拓扑图。根据星历，将航天器运动周期即每个重复周期T分成n个静态拓扑图。用静态拓扑图来模拟空间信息网络中的中继卫星节点和用户航天器节点随时间的动态变化情况，在每个时间点上预测到的静态拓扑图表示网络中用户航天器节点与中继卫星节点之间的连接。在获得静态拓扑图后，将静态拓扑图按照规则转化为时空图模型。时空图模型表示了一个周期T内空间信息网络中用户航天器节点与中继卫星节点之间的连接随时间的变化情况。如图1所示，给出了时空图拓扑模型，其中时隙内箭头表示该时刻卫星节点连接情况，时隙间箭头表示卫星节点连接变化情况。

时空图的主要思想是建立一张分层的图，每一层在网络的生存期即两个相邻时间点的时间片对应于一个离散时间，时间片长度不固定，与用户航天器节点和中继卫星节点之间的链接变化有关，可以根据用户航天器的移动规律性和移动性计算得到，并对这些链路进行时间片的划分。在每一层时间点上的静态拓扑图中，用户航天器节点与中继卫星节点可能是不连通的，即节点对间可能不存在路径，这时用户航天器节点不能向中继卫星节点发送数据，只有在每一层时间点上的静态拓扑图中用户航天器节点与中继卫星节点是连通的情况下，用户航天器节点才能向中继卫星节点发送数据。

基于以上建立的时空图，本发明为了提高路由协议的性能，同时避免空天信息网拓扑动态变化引起频繁的路由计算带来的开销等问题，将链路带宽、丢包率、时延等资源作为权值构建赋权时空图模型，从而提高被选路径的可靠性，有效性和负载均衡性,以及整个网络的吞吐量。

根据星历，将航天器运动周期即一个重复周期T分成时间上离散的静态拓扑图，在每个时间点上预测到的静态拓扑图表示网络中用户航天器节点与中继卫星节点之间的连接。

在获得静态拓扑图后，将静态拓扑图按照规则转化为的时空图模型。时空图模型表示了一个周期T内空间信息网络中用户航天器节点与中继卫星节点之间的连接随时间的变化情况；

分析链路质量并依据带宽、丢包率、延时情况为链路赋权得出基于赋权时空图的拓扑模型。

下面对时空图表示链路质量的权值进行说明。

期望传输时间：定义ETC为节点i向一个邻居节点j成功发送一个数据包所期望的传输次数(包括重传的次数)。假设节点i向节点j发送一个数据包的传输次数为k(重传次数k-l)的成功传输概率s(k)为：

s(k)＝p^k-1*(1-p) (1)

累计所需的期望传输次数ETC为：

p为链路l(从i到j)的丢包率，用p_f和p_r分别表示前向链路和后向链路的丢包率，则链路l的丢包率p为：

p＝1-(1-p_f)(1-p_r) (3)

一条路径的ETC为这条路径上包括的每条链路的ETC之和。ETC值越小表示路径的传输性能越好，它考虑了路径中链路丢包率来衡量路径的性能来保证在路由发现的过程中做最优选择。

注意，本发明为了精确地衡量链路的传输性能，定义期望传输时间ETT(ExpectedTransmission Time)作为度量。具体地，ETT的计算方法如下：

因此，一条路径L上的期望传输时间ETT_L则为该路径上各个链路的期望传输时间加权，如下式所示：

在公式(3)中，ETC为期望传输次数，S为数据包大小，B为带宽(约为数据传输速率)。

以上，本发明考虑一个数据包在一条链路传输成功所需时间来反映出此条链路的带宽和信道质量。

同时，本发明将时延作为赋权时空图的权。

端到端时延是用来衡量系统时延的指标，定义为从源节点发出某数据分组到目的节点成功收到该分组的时间。平均端到端时延的计算如式(6)所示。

在公式(6)中，τ_end-to-end表示平均端到端时延，n是信宿个数，m是第i个信宿成功接收的全部分组数，d_ij是第i个分组成功到达信宿节点j的时刻，s_ij是成功到达信宿节点j的第i个分组发出的时刻。

链路时延将整个系统周期分成若干个时间片为(参看图1)，根据公式(7)计算得出每一个节点的位置，即各个节点在各个时间片的经纬度，就可以计算出星间链路的长度与时延值。

在上面的公式，分别定义了卫星在天球上的经度和纬度，单位为“度”；i为轨道倾角，单位为“度”；为卫星绕地球运行的角速度，单位为“度/秒”；为卫星的初始相位，单位为“度”；为轨道升交点赤经，单位为“度”；为地球自转角度，单位为“度/秒”；t为卫星运行时间，单位为“秒”。

步骤2：基于以上时空图模型，进行自适应智能路由，具体步骤如下。

步骤2.1：网络连通，节点冗余情况下，采用基于负载均衡并且编码感知的路由协议。

步骤2.1.1：最佳编码节点的选择

空天信息网中，不是每一个节点都适应于网络编码，如果强行进行网络编码不仅不能起到节约有限资源的作用，反而会增加了额外的计算开销。因此，采用基于节点入度、编码机会及干扰指数三者的评价指标来对节点是否适合于编码进行判断。

1)结合空间信息网蝶形网络拓扑(参看图2)来说明节点入度。

节点入度表示针对空间信息网拓扑的特性介绍其拓扑矩阵的构造方法，定义一个N×N矩阵M,M表示一个有N个卫星节点组成的无环卫星网络。矩阵中每个元素n_ij(1≤i,j≤n)表示第i个卫星节点与第j个卫星节点的链接状态，，设流入卫星节点的链路状态用-1表示；流出卫星节点的链路状态用1表示；卫星节点的入度用d表示。

由蝶形网络拓扑构造可得到下表所示的拓扑矩阵M，定义门限值为中继节点的入度d等于或大于一定的值，设置d₀≥2，即在这种情况下，该中继节点就可以对接收到的数据包进行网络编码。

表1

2)计算编码机会

编码机会：当中继缓存中存在两个或两个以上虚拟缓存，而且其中一个为空时，如果对该节点处强制进行网络编码，就会带来大量的等待时间，需要等待两个数据包到来的时延差。因此，当网络满足中继节点入度所定义的网络拓扑条件时，判断是否能够进行编码需要考虑的另一个因素是中继缓存中队列的状态，以此来计算节点的编码机会。

假设源航天器节点S₁和S₂的缓存容量分别为N₁和N₂，若在源节点S₁和S₂处将要传输的数据包都必须经过同一个中间节点，这样来自两个数据流的消息需要共享一个中继缓存，而中继航天器节点r的两个虚拟缓存的容量和为N_r，假设进入源航天器节点S₁和S₂的数据包分别服从参数为α₁和α₂的独立的贝努力过程；如图3所示，β₁表示航天器信宿节点d₁和中继节点r能够成功接收到消息的概率，用

表示；β₂表示航天器信宿节点d₂和中继节点r成功接收到消息的概率，在这里用同样的计算公式

表示；θ是航天器信宿节点d₁和航天器信宿节点d₂成功接收数据包的概率,即

在这里考虑用传输系统的状态转移矩阵P表示数据包的接收和发送时的缓存的队列状态，P中的元素由接收和发送的概率决定，P可以用下面式子表示：

假设平稳分布的状态矢量存在的情况下，此状态矢量π可以由π＝πP得出：

其中，m∈{0,1,…N₁},n∈{0,1,…N₂}，表示源节点S₁和S₂中的数据包数目，k∈{0,1,…N_r}表示中继节点中数据包的数目。编码机会定义为中继节点中两个虚拟缓存均非空的概率，表达式如下：

其中，当编码机会大于门限值Φ₀时，有足够多的线性无关的数据包来保证在此节点处能够实现网络编码和解码所必须的条件。

3)计算节点的干扰指数

为了增加编码机会，将要发送的后续数据流会与已有的数据流进行交叉或反向重叠传输，会对空间信息网中的某些节点或某些区域造成较重的负载，而区域外的节点所承担的负载很小，引发网络的负载不均问题，造成网络拥塞。干扰影响的程度不依赖于干扰节点的数目，而依赖于干扰节点数据流量和的大小。

定义节点i的干扰节点：存在节点i，处于节点i的干扰范围以内的节点。干扰节点j队列中的排队数据，称为对于节点i，干扰节点j的干扰负载。节点i的干扰负载，为其所有干扰节点的干扰负载之和。用符号I_i表示干扰指数，来表征一个节点当前干扰节点的干扰流量的大小，其定义如公式(10)所示。

其中，iload_i为节点i的干扰负载，N_i为节点i的干扰节点数目，cqueue_j为干扰节点j的队列占用比，即队列占用长度与总长度的百分比。指数中出现的N_j为修正因子，用来保证干扰指数的取值范围在exp(-N_j)与1之内。

以图4干扰情况示意图为例，虚线圆形表示节点A和节点B的传输范围，在节点A和节点B传输范围内的节点，将干扰节点A和节点B之间的通信。

由干扰指数的定义，可以看出：

(1)干扰指数与节点的干扰负载有关，而与干扰节点的数目无关；

(2)干扰节点的负载越大，节点的干扰指数越大，干扰指数与干扰负载呈正比关系。

因此，在空间信息网的环境下，干扰影响节点对信道的占用，从而影响数据传输性能。数据传输和路由算法，应该尽量避免选择干扰较大的节点，作为中继转发节点。

步骤2.1.2：基于以上，当节点存在编码机会时，采用基于编码感知的背压路由策略进行传输，并且计算通过网络编码后所取得的编码收益，再计算网络拥塞程度及通信密集程度来保障网络负载的均衡；当节点不存在编码机会时，直接采用背压路由策略，再结合网络的状况。

1)以背压策略为基础，计算编码收益

背压策略：在时隙t，对于每一个链接(m,n)∈E，链路权重W_mn(t)是指通过链路(m,n)的所有流量中最大的积压差。

其中，

表示数据流f在节点n处的转发队列的积压值，I(t)表示边集合E的一个子集，用来存放相互独立、且互不影响的各条链路，R_mn(I(t))表示属于I(t)的链路(m,n)的链路速率，可以用来测量数据包的数量。

传统的背压路由策略，规定每条链路相互独立，互不影响，所以为扩大其应用范围，通过引入网络编码的方案进行优化。在满足以下两个条件的情况下，可以将两个相互关联的链路同时进行触发：

(1)在节点B处拥有编码机会，可以将据包转发到节点A和C，且各自仅通过单一的传输就能到达。

(2)在节点B处的编码收益大于其一跳范围内覆盖的所有节点的权重。

通过网络编码所得到的编码收益的计算公式如以下的定义1所述。

定义1：当输出队列中的分组P_m能够与分组P_i编码时，通过转发编码分组

代替分别转发分组P_m和P_i能够减少期望转发次数，即为编码收益。

假设分组P_t有机会与输出队列中的分组进行编码，并假设P_c能够与P_t编码。不失一般性，P_c可能是一个已编码分组或者原始分组，并假设P_c包含n(n≥1)个原始分组，以P₁,…P_n表示。其中如果n＝1时，P_c是一个原始分组，否则P_c为编码分组。对于任何一个分组P_m,假设节点j为P_m选择的候选节点集

包含的k个节点分别为

那么编码收益可以用式(12)表示：

表示节点

成功接受到节点j发送的分组P_i并继续转发P_i的概率：

分组P_i搜索可以获取最大编码收益G_max的分组，G_max计算方法如(14)所示

2)网络负载情况

以下对网络负载均衡中网络拥塞程度和通信密集程度进行描述。

网络拥塞程度：通过节点的队列长度来度量，即整个网络中路径的负载情况为：

其中，b_v是一个节点的发送速率。MIQ_d(v)/b_v表示节点v实际传输中所需要的总体时间。

通信密集程度：通过节点的流量来度量，节点v相对应的流量值为：

其中，min(ETT)是整个网络中最小的期望传输时间的取值，当min(ETT)_v值较高时就表示有更多的流量在节点v处聚集。

3)综合以上得出一个转发效能评估函数，即适用于空间信息网的负载均衡且编码感知的路由协议度量NCLB-AIR。

转发效能评估函数：空间信息网的负载均衡且编码感知的路由度量NCLB-AIR。

其中，S＝0表示具有编码机会，此节点处可以进行网络编码，并产生编码增益。S＝1表示，此节点不具有编码机会，需要直接通过被压路由策略及负载均衡的指标进行选择。

每个节点可以在分组转发过程中，根据分组的实时接收情况和机会转发效用函数选择下一跳最佳转发节点。机会转发效能函数综合考虑了网络编码收益、网络拥塞程度和通信密集程度。

由此，当存在网络编码机会时，可以有效减少期望的转发次数，提高网络吞吐量；在没有编码机会时，也会通过负载均衡的指标，达到性能最优。

步骤2.2：网络不连通，节点稀疏情况下，采用“基于转发概率散发+控制拷贝数量”的原则来进行路由算法的设计：

步骤2.2.1：基于概率散发；

定义一个转发概率矢量SSV(Spray Summary Vector)，用来表示节点成功转发消息到相遇节点的概率R。

设R_i(0≤R_i≤1)表示节点i的转发概率，则

R_i＝W_q×Q_i+W_e×E_i+W_p×P_i (18)

其中：Q_i,E_i,P_i分别为归一化的节点质量、节点能量和节点相遇概率；W_q,W_e,W_p分别为三者的加权系数。

节点质量Q的大小用节点在移动过程中单位时间内遇到网络中不同节点的数目来表示。

节点相遇概率P与概率路由中传输预期值的计算方法相同。

当两个节点相遇的时候，首先交换节点间的转发概率矢量SSV，通过SSV之间的比较来确定节点的报文转发的数量，并且SSV可以决定是否对该节点进行报文的转发。

随着时间的增加和报文的转发次数的改变，节点中的SSV是在不断的更新的。在报文转发的过程中，源节点首先进行报文的复制，遇到一个中继节点的时候，就首先进行概率的比较，然后进行概率的转发。当中继节点遇到另外的中继节点时，也是先进行概率的比较，然后进行概率的转发。

在概率散发路由算法中，其转发条件如下：

节点A的转发概率为R_A

节点B到的转发概率为R_B

节点A所携带的报文数目为：N

若R_B＞R_A节点A对节点B进行报文的转发。

步骤2.2.2：基于控制拷贝数量；

假设节点i，它有一个拷贝数为N的报文，当节点i与节点j(节点j没有此报文)相通信时，j的转发概率为R_j，则i将转发给j的报文拷贝数为

当n为非整数时，取n为大于这个非整数的最小整数，此时节点i上此报文剩余的拷贝数为N-n。

根据转发概率确定转发的报文数，这样相遇概率高，节点能量大，节点质量大的节点就能获得较多转发报文的机会，从而来提高不连通网络报文的投递率，减少延迟和系统开销。

在进行报文转发的时候，基于转发概率的散发和等待路由是根据节点的概率进行转发的。

经过多次的转发之后，节点只剩下一份报文，当遇到下一个节点的时候，首先进行概率的比较，如果满足转发条件时，节点会将最后一份报文转发给概率高的节点。

根据以上算法设计，路由策略描述如图5所示。节点S首先进行报文的自我复制，产生一些报文副本，当节点1和节点S之间达到通信的范围之内的时，两节点首先交换报文转发概率矢量，来判断是否转发报文给节点1，如果节点1的转发概率大于节点S，那么节点S就转发给它R₁×N份报文，当节点S遇到节点3的时候，也进行转发概率的比较，如果节点3的转发概率小于节点S的概率，那么节点S就不对节点3进行报文的转发；节点1接收到节点S的报文，然后继续按照自己的路线进行运动，当节点1遇到节点2的时候，首先交换两者的转发概率矢量，如果节点2的转发概率大于节点1的转发概率，节点1就对节点2转发R₂×N₁份报文，进行多次转发之后，最后只剩下一份报文的时候，就采用直接传输的方式，最终将报文转发到目的节点D，从而完成了报文的转发方式。

综上所述，本发明的基于赋权时空图的空天信息网络路由方法利用节点轨道运行具有周期性和规律性的特点，根据星历，将航天器运动周期分成若干个静态拓扑，空天信息网节点在离散时间片内的静态拓扑建立时空图，并将链路带宽、时延、存储等资源作为权值构建赋权时空图模型，基于拓扑模型智能的从策略库中选取路由，能使路由更有效率，实现空天信息网络中高效可靠的数据传输。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

Claims (3)

1.一种基于赋权时空图的空天信息网络路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，获得静态拓扑时空图，并按照预定规则将其转化为赋权时空图的拓扑模型；其中，所述获得静态拓扑时空图，包括：所述空天信息网络中的节点，在离散时间片内的静态拓扑建立静态拓扑时空图；所述预定规则为，将链路带宽、丢包率、时延作为赋权的权值；所述将所述静态拓扑时空图按照预定规则转化为赋权时空图的拓扑模型，包括：将所述链路带宽、所述丢包率、所述时延作为赋权的权值，形成所述赋权时空图的拓扑模型，其中，所述赋权时空图的拓扑模型用于表示在预定周期内、所述空天信息网络中的用户航天器节点与中继卫星节点之间的连接随时间的变化情况；

步骤二，基于所述赋权时空图的拓扑模型，执行自适应、多策略的智能路由，

在所述步骤二中执行：

S201，在所述空天信息网络连通、节点冗余情况下，采用基于负载均衡且编码感知的路由协议方式；其中，所述S201包括：选择适合进行编码的节点，从而避免额外的计算开销；采用基于节点入度、编码机会和干扰指数三者的评价指标，判断所选的节点是否适合于编码；在背压路由策略中加入网络编码的改变，综合考虑编码收益和网络负载情况，得出转发效能函数，从而作为路由判断度量；根据所述路由判断度量，选择适合于所述网络编码的路径；其中，编码收益定义为：当输出队列中的分组Pm能够与分组Pi编码时，通过转发编码分组

代替分别转发分组Pm和Pi能够减少期望转发次数；设分组Pt可与输出队列中的分组进行编码，并设Pc能够与Pt编码；不失一般性，Pc可是一个已编码分组或者原始分组，并假设Pc包含n(n≥1)个原始分组，以P1…Pn表示；其中如果n＝1时，Pc是一个原始分组，否则Pc为编码分组；对于任何一个分组Pm,设节点j为Pm选择的候选节点集

包含的k个节点分别为

那么编码收益可以表示为：

表示节点

成功接受到节点j发送的分组Pi并继续转发Pi的概率

分组Pi搜索可以获取最大编码收益G_max的分组，G_max计算方法为；

所述网络负载情况通过网络拥塞程度和通信密集程度进行描述；所述网络拥塞程度通过节点的队列长度来度量，即整个网络中路径的负载情况为：

其中，bv是一个节点的发送速率，MIQd(v)/bv表示节点v实际传输中所需要的总体时间；通信密集程度：通过节点的流量来度量，节点v相对应的流量值为：

其中，min(ETT)是整个网络中最小的期望传输时间的取值，当min(ETT)v值较高时就表示有更多的流量在节点v处聚集；所述转发效能函数表示空间信息网络的负载均衡且编码感知的路由度量NCLB-AIR，表示为：

其中，S＝0表示具有编码机会，此节点处可以进行网络编码，并产生编码增益，S＝1表示，此节点不具有编码机会，需要直接通过被压路由策略及负载均衡的指标进行选择；

S202，在所述空天信息网络不连通、节点稀疏情况下，采用“基于转发概率散发+控制拷贝数量”的原则，执行路由算法设计并采用改进的散发和等待路由协议方式；其中，所述S202包括：当两个节点相遇时，互相交换对应节点的转发概率矢量SSV，其中，所述转发概率矢量用于表示一个节点成功转发消息到一个相遇节点的概率；根据所述转发概率矢量计算出两个节点的转发概率并进行比较；基于所述转发概率，确定是否对对应节点进行报文转发，从而完成基于转发概率转发；所述基于所述转发概率，确定是否对对应节点进行报文转发，从而完成基于转发概率转发，包括：设Ri(0≤Ri≤1)表示节点i的转发概率，则，Ri＝Wq×Qi+We×Ei+Wp×Pi，其中：Qi，Ei，Pi分别为归一化的节点质量、节点能量和节点相遇概率；Wq，We，Wp分别为三者的加权系数，节点质量Q的大小用节点在移动过程中单位时间内遇到网络中不同节点的数目来表示，节点相遇概率P与概率路由中传输预期值的计算方法相同；在概率散发路由算法中，其转发条件如下：节点A的转发概率为RA，节点B到的转发概率为RB，节点A所携带的报文数目为：N，若RB＞RA节点A对节点B进行报文的转发；根据报文拷贝数计算公式，基于所述转发概率，确定待转发的报文数，当节点i与j相通信时，所述报文拷贝数计算公式为：

其中，N表示报文的拷贝数，节点j没有该报文，节点j的转发概率矢量为R_j，n表示节点i将转发给节点j的报文拷贝数并且取值为整数。

2.根据权利要求1所述的基于赋权时空图的空天信息网络路由方法，其特征在于，在所述步骤一中，

所述静态拓扑时空图用于模拟在所述空天信息网络中的中继卫星节点和用户航天器节点随时间的动态变化情况，

在每个时间点上预测到的静态拓扑图用于表示在所述空天信息网络中的用户航天器节点与中继卫星节点之间的连接。

3.根据权利要求1所述的基于赋权时空图的空天信息网络路由方法，其特征在于，在所述步骤二中，针对所述空天信息网络所处的环境、阶段、自身状况和业务需求，基于所述赋权时空图的拓扑模型，只能选择不同的路由策略。

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