CN116137609B - 意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，解决了数据链组网路由开销大、资源利用率低、任务转发效率低的技术问题，实现包括，输入任务意图提取关键要素；形成基于任务意图的动态组网策略并下发；拓扑信息收集；形成基于任务意图的自适应路径计算算法；基于任务意图的数据转发。本发明根据路由协议的特性和域内域间通信的需求，形成动态组网策略，还提出基于任务意图的自适应路径计算，对不同任务划分优先级，并结合任务的QoS约束条件及目前网络资源可用度，形成自适应路径计算策略。提高了数据链网络路由技术的自适应性和网络资源的利用率，保障了不同优先级任务转发效率。用于多个数据链同时存在的复杂战场环境中。

Description

意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法

技术领域

本发明属于数据链网络技术领域，尤其涉及数据链网络分级路由，具体是一种意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，用于数据链网络组网。

背景技术

数据链是一种链接各种作战平台、优化信息资源、有效调配和使用作战“资源”的信息系统。它是一种高效传输、实时分发保密、抗干扰、格式化消息的数据通信网络，具有信息交换实时化、战术信息格化、传输组网综合化、链接对象智能化、传输介质多样化等特征。数据链的关键技术包括波形技术、抗干扰技术、组网技术，其中数据链的组网技术是指实现多个数据链平台间协调、无冲突、可靠通信的技术，确保不同平台在数据链网络中的按需传输，包括无线网络的多址接入技术、路由技术和网络管理技术。随着武器装备的发展、作战理念的变化，如何设计高效灵活的组网路由技术成为数据链网络面临的一个重要问题。

由于数据链网络应用于复杂的战场环境中，网络资源有限，网络态势复杂，承载的业务对网络要求很高。若路由信息更新不及时、不准确，会造成敌我双方在态势感知、实时指挥控制和精确目标打击认知产生差异。因此，数据链网络的路由技术显得尤为重要。传统的距离向量和链路状态路由协议主要针对固定网络，并不适用于拓扑结构高度动态变化的数据链网络。根据发现路由协议驱动模式的不同，当前路由协议主要分为先验式路由协议、反应式路由协议及混合式路由协议。当数据链网络节点根据任务意图进行临时组网时，会因为任务意图不同，导致网络态势差异较大。单一的典型路由协议并不能很好满足业务需求，难以实现为不同任务意图提供自适应路径规划。

现有技术一：当多个数据链网络同时存在战场中，各战机编队之间、舰船之间、卫星和地面站等等典型场景会使用多种数据链，数据链之间进行互操作就需要用到网关。基于QoS-TAODV的链路选择协议在多数据链工作场景中跨链选链路时遵循QoS良好、网络负载低的原则。根据底层QoS参数和网络负载等因素权衡链路代价从而选择一条可靠的数据链。在QoS-TAODV协议中定义了TRREQ、TRREP和TRRER三种数据包。当节点收到TRREQ包时对链路信噪比、带宽等和预设的临界值进行比较，若不符合则直接丢弃该包，若符合条件才再继续转发TRREQ包，直到目的节点收到该包，回复TRREP包至源节点。确保了数据链各路负载平衡、带宽最大利用、链路QoS适合传输。但这种方式的缺陷也很明显，采用这种方式路由请求在每一跳都进行QoS对比，会产生大量的路由开销，且在域内和域间寻找路由的方式一致，全网路由信息的收集势必会耗费较多的时间，影响节点信息发送的及时性。

现有技术二：基于多任务子网的数据链路由算法，该路由算法在不同任务子网内各节点主动维护一个以跳数为区域半径的路由区域范围内的路由，当有业务需要发送时，节点向外洪泛广播路由请求消息等待目的节点的路由回复，然后选择最短路径进行数据转发，导致路由开销较大。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的路由技术针对不同任务意图(如我方态势、敌方态势、控制任务、协同作战、网络监视管理、消息语音、情报任务等)的数据链组网存在路由开销大、网络资源利用不充分、数据任务转发效率不够高等技术问题；尤其是在存在多个任务意图的数据链网络中，单一的路由协议更是很难做到充分利用网络资源，无法达到资源利用效率最大化，无法完全保障任务意图高效、可靠地传输。

解决以上问题及缺陷的难度为：对于不同任务意图所需的路由协议在切换过程中协议的快速配置问题和如何设计路由调度算法，并且对不同任务分配细粒度路由资源，也存在较大难度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种网络资源利用率更高、针对不同优先级任务的转发效率更高的意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法。

本发明是一种意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，其特征在于，包括有以下步骤：

步骤一，输入任务意图提取关键要素：通过用户输入任务意图或通过网络内部态势反馈意图，对获取到的意图提取和分解意图中的关键要素，意图中的关键要素包括有：任务类型、节点类型、节点数目、节点移动性特征、服务质量QoS等与路由参数相关的关键要素，对关键要素进一步解析映射为参数要求。

步骤二，形成基于任务意图的动态组网策略并下发：基于组网任务意图中的关键要素中的任务类型、节点类型、节点数目，运行分域算法，明确每个子网中各节点的身份类型和该子网的域内路由协议类型，形成基于任务意图的动态组网策略，然后将该动态组网策略下发至全网各个节点。

步骤三，拓扑信息收集：基于任务意图的动态组网策略下发后，网络中各节点明确自身身份、所属子网、自身所使用路由协议类型，形成数据链分级网络，然后控制节点开始收集该控制节点自身所管理子网的拓扑信息；从而得到当前网络的状态参数信息。

步骤四，形成基于任务意图的自适应路径计算算法：根据意图分解所得的QoS需求的参数要求、当前网络的状态参数信息计算得到可用路径的总适用值，形成基于任务意图的自适应路径计算算法；当有数据转发任务意图需要进行时，控制节点运行该自适应路径计算算法，得到数据转发任务的最优路径；若某一任务意图无法计算得到最优路径，则将该任务意图放入待协商意图集合，等待协商；通过回收冗余资源或者对任务的QoS需求做出调整，完成意图协商过程，重新计算得到该任务的最优路径，形成自适应路径计算策略，然后将自适应路径计算策略进行下发至所需节点；在跨域数据链网络中所有节点需要进行数据转发时均可运行该自适应路径计算算法得到自适应路径计算策略。

步骤五，基于任务意图的数据转发：数据转发源节点接收到自适应路径计算策略后，根据其中的最优转发路径信息进行数据转发，形成意图驱动的跨域数据链网络分级路由。

本发明解决了基于任务意图的数据链自适应动态组网问题，同时解决了基于任务意图的自适应路径计算问题。

与现有技术相比，本发明的优点：

提高了基于任务意图的数据链动态组网技术的韧性：本发明针对现有数据链组网路由技术路由开销大的技术问题，引入了动态组网分域算法，根据任务意图分解的关键要素如任务类型、节点类型、节点数目，得到基于任务意图的动态组网策略，然后下发至网络中各个节点进行动态组网，实现面向任务意图的自适应组网过程，提高了数据链网络组网路由技术的韧性。

提高了网络资源利用率：本发明针对现有数据链组网路由技术网络资源利用不充分的技术问题，引入了基于任务意图的自适应路径计算算法，控制节点根据不同任务意图的QoS需求和当前网络状态参数，计算得到自适应路径计算策略，然后下发至源节点，源节点根据其中的最优路径信息进行数据转发，提高了数据链网络的网络资源利用率。

保障了不同优先级任务的转发效率：本发明针对现有数据链组网路由技术不同任务意图的转发效率不高的技术问题，对不同任务意图添加优先级表示重要程度，保证高优先级的任务意图优先传达，根据优先级对任务意图进行分组，优先级高的任务插队优先转发，优先级低的任务意图在队列内等待或者重新选择路径，保障了不同优先级任务的转发效率。

附图说明

图1是本发明意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法的流程框图。

图2是本发明由任务意图到网络策略下发流程框图。

图3是本发明基于任务意图的动态组网策略流程框图。

图4是本发明基于任务意图的自适应路径计算策略流程框图。

图5是本发明基于任务意图的数据业务转发流程框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

目前数据链网络应用于各种复杂的战场环境中，各战机编队之间、舰船之间、卫星和地面站等等典型场景会使用多种不同类型的数据链网络，当多个数据链网络同时存在战场中时，现有的数据链路由技术会存在路由开销大、网络资源利用不充分、数据任务转发效率不够高等技术问题；很难做到充分利用网络资源，无法达到资源利用效率最大化，不能保障任务意图高效、可靠地传输。针对这些问题，本发明展开研究，提出一种意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法。

本发明是一种意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，参见图1，图1是本发明意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法流程框图，包括有以下步骤：

步骤一，输入任务意图提取关键要素：通过用户输入任务意图或通过网络内部态势反馈意图，对获取到的意图提取和分解意图中的关键要素。意图中的关键要素包括有：任务类型、节点类型、节点数目、节点移动性特征、服务质量QoS等与路由参数相关的关键要素，参见图2，图2是本发明由任务意图到网络策略下发流程框图；本发明通过用户输入任务意图或通过网络内部态势反馈意图，对获取到的意图提取关键要素，将关键要素映射为对网络现有资源的要求，整合实现意图所需的资源，最终形成路由逻辑策略，以json形式进行下发；路由逻辑策略包含基于任务意图的动态组网策略和基于任务意图的自适应路径计算策略。网络中各节点执行所收到的路由逻辑策略，同时反馈本节点的网络态势意图。

步骤二，形成基于任务意图的动态组网策略并下发：基于组网任务意图中的关键要素中的任务类型、节点类型、节点数目，运行分域算法，明确每个子网中各节点的身份类型和该子网的域内路由协议类型，形成基于任务意图的动态组网策略，基于任务意图的动态组网策略json格式包括：节点ID、所属子网ID、节点身份信息、子网内路由协议。然后将该动态组网策略下发至全网各个节点，实现数据链快速组网。

步骤三，拓扑信息收集：基于任务意图的动态组网策略下发后，网络中各节点明确自身身份、所属子网、自身所使用路由协议类型，形成数据链分级网络。然后网络中的所有控制节点开始收集并共享自身所管理子网的拓扑信息；从而使得每个控制节点得到当前网络的状态参数信息。

步骤四，形成基于任务意图的自适应路径计算算法：根据意图分解所得的QoS需求的参数要求、当前网络的状态参数信息计算得到可用路径的总适用值，形成基于任务意图的自适应路径计算算法。当有数据转发任务意图需要进行时，源节点发送路由请求给控制节点，控制节点根据任务的QoS需求、网络拓扑信息和全网链路状态信息，运行该自适应路径计算算法，得到该数据转发任务的最优路径，在有限范围内能够合理利用网络资源进行数据传输，提高了数据链网络的网络资源利用率。若某一任务意图无法计算得到最优路径，则将该任务意图放入待协商意图集合，等待协商；通过回收冗余资源或者对任务的QoS需求做出调整，完成意图协商过程，重新计算得到该任务的最优路径，形成自适应路径计算策略，然后将自适应路径计算策略进行下发至所需节点。在跨域数据链网络中所有节点需要进行数据转发时均可运行该自适应路径计算算法得到自适应路径计算策略。此外，对不同任务意图添加优先级表示重要程度，根据优先级高低对任务意图进行分组，当有转发路径冲突时，优先级高的任务插队优先转发，优先级低的任务意图在队列内等待或者重新选择路径，保障了不同优先级任务的转发效率。

步骤五，基于任务意图的数据转发：数据转发源节点接收到自适应路径计算策略后，根据其中的最优转发路径信息进行数据转发，形成意图驱动的跨域数据链网络分级路由。

本发明解决了基于任务意图的数据链自适应动态组网问题，面向不同的任务意图(如我方态势、敌方态势、控制任务、协同作战、网络监视管理、消息语音、情报任务等)能够根据所提取到的关键要素进行自适应动态组网，同时解决了基于任务意图的自适应路径计算问题，根据数据传输任务的QoS需求和当前网络状态参数运行基于任务意图的自适应路径计算算法计算出适合该数据传输的最优路径。

本发明将意图驱动技术引入到数据链组网技术中，根据意图分解所得到的关键要素，运行分域算法，形成动态组网策略，网络中各节点通过执行动态组网策略完成动态组网，形成数据链分级网络结构，提高了数据链网络中路由技术的韧性，实现了异构互联路由技术轻量化。在域内和域间进行数据传输业务时，通过基于任务意图的自适应路径计算算法得到最优路径，形成自适应路径计算策略，在有限范围内合理利用网络资源进行数据传输，提高了数据链网络的网络资源利用率，同时对不同任务意图添加优先级表示重要程度，对不同优先级的任务分配细粒度路由资源，保障了不同优先级任务的转发效率。

实施例2

意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法同实施例1，本发明步骤二中所述的形成基于任务意图的动态组网策略，是基于任务意图中的任务类型、节点类型、节点数目，运行分域算法；包括有以下步骤：

2.1明确控制节点身份：基于任务意图的动态组网开始前，针对数据链网络场景中常见的两类节点类型“控制节点”和“非控制节点”，根据本任务意图中具有指挥控制功能的节点明确本任务意图控制节点的身份信息，一个域内有一个或多个控制节点。

2.2形成基于任务意图的动态组网策略：基于任务意图的动态组网开始时，各节点开始收集邻居状态表并汇总至控制节点，进而控制节点运行分域算法；首先确定自身子网的子网号，然后根据收集到的一跳邻居状态表和两跳邻居状态表内的各节点ID来确认自身子网内的节点ID，参见图3，图3是本发明基于任务意图的动态组网策略流程框图；本发明根据节点数量规模、网络负载大小、单子网内控制节点个数来确定域内和域间路由协议种类，在域间采用AODV路由协议，域内路由协议在DSDV和OLSR两种路由协议中选择，形成基于任务意图的动态组网策略，以json形式进行下发。

基于任务意图的动态组网策略json格式包括：节点ID、所属子网ID、节点身份信息、子网内路由协议。

例：{"Node ID":"X","Sub Num":"X","Node Status":"xx","Sub Route":"X"}

2.3各节点执行动态组网策略：然后控制节点通过广播组网控制信息下发动态组网策略，收到组网控制信息的普通节点将自身身份标记为该域成员节点，并结束自身的组网阶段，同时收到两个或两个以上不同域的控制节点广播信息的普通节点将自身身份标记为网关节点；重复以上步骤，直至基于任务意图的动态组网完成。

本发明通过引入动态组网分域算法，根据任务意图分解的关键要素如任务类型、节点类型、节点数目，得到基于任务意图的动态组网策略，然后下发至网络中各个节点进行动态组网，实现面向任务意图的自适应组网过程，提高了数据链网络组网路由技术的韧性。

实施例3

意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法同实施例1-2，本发明步骤三中所述的拓扑信息收集，当动态组网策略下发后，各子网内节点根据动态组网策略进行路由协议切换，域内路由协议在DSDV路由协议和OLSR路由协议之间切换，对两种协议的路由表格式和邻居表格式进行统一设计，路由表格式包括：源节点ID、目的节点ID、下一跳节点ID、跳数Hop Count；邻居表格式包括：一跳邻居ID、一跳邻居链路状态、两跳邻居ID、邻居表保持时间；控制节点和网关节点在进行域外寻路时采用AODV路由协议。

其中，域内协议切换流程如下：由DSDV协议向OLSR协议切换时，每个节点保存原有路由表和邻居表信息，且不用选举MPR节点，直接推选控制节点成为MPR节点，由MPR节点发送TC消息，每个节点新建拓扑表用来储存子网内的拓扑信息；由OLSR协议向DSDV协议切换时，只继承路由表和邻居表信息，释放拓扑表和MPR节点信息所占用的内存；然后，控制节点采用域内路由协议收集子网内部动态拓扑信息，并采用域间AODV路由协议与相邻子网的控制节点共享信息，使得每个控制节点掌握全网动态拓扑信息。

本发明通过网络中各个节点定期给控制节点汇报自身的邻居信息表，使得控制节点能够掌握自身所管理的子网拓扑信息，然后控制节点间共享全网动态拓扑信息，使得每个控制节点能够得到全网的网络状态信息，为自适应路径计算算法提供了参数保障。

实施例4

意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法同实施例1-3，本发明步骤四中所述的形成基于任务意图的自适应路径计算算法，参见图4，图4是本发明基于任务意图的自适应路径计算策略流程框图；本发明中控制节点收到路由请求后运行基于任务意图的自适应路径计算算法，若得到最优路径信息则发送路由回复至源节点，否则对任务意图做出协商请求，等待协商之后重新计算最优路径，包括有如下步骤:

4.1：数据转发意图分解得到的服务质量需求QoS包含：时延D_req、带宽B_req、链路质量Q_req；控制节点通过对全网拓扑信息的掌握，得到当前网络状态参数分为四个类型，分别为：时延D(p)、带宽B(p)、链路质量Q(p)、链路平均负载L(p)。

4.2：时延约束条件：

式中D(p)表示路径p的总时延，D(e)表示每一跳的时延，D_req表示任务意图对时延的需求。

4.3：总带宽约束条件：B(p)＝min{B(e),e∈E(p)}≥B_req

式中B(p)表示路径p的总带宽，B(e)表示每一跳的带宽，B_req表示任务意图对带宽的需求。

4.4：总链路质量约束条件：

式中Q(p)表示路径p的总链路质量，Q(e)表示每一跳的带宽，Q_req表示任务意图对链路质量的需求。

4.5：基于QoS需求的总约束方程为：

QoS(p)＝α*D(p)+β*B(p)+γ*Q(p)

式中QoS(p)表示路径p的总链路状态，α表示D(p)的权值，β表示B(p)的权值，γ表示Q(p)的权值，α、β、γ总和为1。

用f的值表示路径是否可用，本发明中f表示路径的可用值：

式中QoS(req)表示任务意图的QoS需求，基于f的值，计算出网络中所有f＝1的路径形成可用路径集合。

4.6：链路平均负载约束条件：链路平均负载L(p)，网络中各个节点周期性的在业务分组中更新本地负载信息，实现对整条路由负载状态的监测；

式中L(p)表示路径p的链路平均负载，L(e)表示链路中每一个节点的负载大小，Hop(p)表示路径p的总跳数；

T＝τ*f*QoS(p)+η*L(p)

式中T代表可用路径的总适用值，τ表示QoS(p)的权值，η表示L(p)的权值，τ、η的总和为1。

4.7：形成基于任务意图的自适应路径计算策略：在可用路径集合中，选择T最小的路径作为最优路径；若两条链路的T相等时，则选择总跳数Hop(p)最小的路径作为最优路径,形成基于任务意图的自适应路径计算策略，以json形式进行下发。

基于任务意图的自适应路径计算策略json格式包括：源节点ID、目的节点ID、下一跳节点ID、总跳数Hop Count。

例：{"Source ID":"X","Dist ID":"X","Next Hop ID":"X","Hop Count":"X"}。

4.8若某一任务意图无最优路径，则该任务意图放入待协商意图集合中，等待协商；通过回收冗余资源或者对任务的QoS需求做出降低调整，然后重新对尚未得到最优路径的任务意图计算路径，直至得到最优路径，完成意图协商过程。

本发明根据意图分解所得到的QoS需求以及当前网络的状态参数，形成了基于任务意图的自适应路径计算算法，通过该算法计算得到自适应路径计算策略，使得网络中的数据传输任务根据最优路径进行传输，降低了网络资源的浪费，提高了数据链网络的网络资源利用率。

实施例5

意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法同实施例1-4，本发明步骤4.8中所述的意图协商过程，针对不同任务意图的QoS需求，对任务意图添加优先级表示重要程度，l_i表示任务意图的优先级，数值越大，优先级越高。例：执行打击任务时需要高频次的接收消息，对时延要求的优先级较高；侦察任务需要传输图像、视频、语音，对带宽要求的优先级较高；跟踪任务可以选择性传输图像、视频、语音、文字，优先级适中，且对QoS需求能够协商；为保证高优先级的任务意图优先传达，根据优先级对任务意图进行分组，优先级高的任务插队优先转发，优先级低的任务意图在队列内等待或者重新选择路径。

本发明对不同任务意图添加优先级表示重要程度，根据优先级对任务意图进行分组，优先级高的任务插队优先转发，优先级低的任务意图在队列内等待或者重新选择路径，保障了不同优先级任务的转发效率。

实施例6

意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法同实施例1-5，本发明步骤五中所述的基于任务意图的数据转发，参见图5，图5是本发明基于任务意图的数据业务转发流程框图；包括以下步骤：

5.1获取全网拓扑信息：各节点定期发送Hello包感知邻居节点状态，并记录当前节点与邻居节点的链路信息，汇总至控制节点，各子网控制节点进行协商掌握全网拓扑信息。

5.2域内消息传输：当子网内进行消息传输时，源节点向控制节点发送路由请求，路由请求信息中携带基于任务意图的QoS需求：时延D_req、带宽B_req、链路质量Q_req；控制节点根据子网内拓扑信息，利用约束方程计算得到可用路径，再分别对各条可用路径的链路平均负载L(p)进行统计，计算T的值，最终得出最优路径，并向源节点发送路由回复消息。

5.3域间消息传输：当进行跨域消息传输时，源节点将目的节点信息和数据包发送到本子网控制节点，该子网控制节点确定目的节点不在本子网内，然后利用AODV路由协议向网关节点发送RREQ包进行寻找路由，网关节点收到RREQ包后查看本地路由表有没有目的节点信息，若有则返回RREP包至源节点所在子网中的控制节点，然后根据RREP包中记载的路径信息和控制节点自身维护的全局拓扑信息计算最优路径，然后将最优路径信息及数据包发送至网关节点进行跨子网传输。

本发明利用控制节点共享全网拓扑信息和基于任务意图的自适应路径计算算法，做到了充分利用网络资源，提高了网络资源利用效率，保障了域内和域间数据转发任务高效、可靠地传输。

本发明属于数据链网络领域，公开了一种意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，所述意图驱动的跨域数据链网络分级路由技术包括：首先，根据指控人员输入的任务意图或通过网络内部态势反馈的意图，提取意图中的关键要素，对意图进行解析，进而，提出了一种基于任务意图的分级路由算法，采用分域算法对网络进行分域，从而形成分级网络，在由多子网构成的数据链网络中，根据路由协议的特性和域内域间通信的路由协议需求，实现路由协议自适应切换，形成基于任务意图的动态组网策略，最后，提出了一种基于任务意图的自适应路径计算技术，对不同任务划分不同优先级，并结合任务的服务质量(Quality of Service，QoS)约束条件以及目前网络资源的可用度，为其计算最优路径，形成基于任务意图的自适应路径计算策略。本发明提出的意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，提高了数据链网络路由技术的自适应性和网络资源的利用率。

下面给出一个更加详细的例子，结合技术效果对本发明再做说明。

实施例7

意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法同实施例1-6，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种意图驱动的跨域数据链网络分级路由技术，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法流程框图包括以下步骤：

S101，输入任务意图提取关键要素：用户输入任务意图或通过态势感知网络拓扑的反馈意图，提取意图中的关键要素，如任务类型、节点类型、节点数目、节点移动性特征、服务质量等。

S102，形成基于任务意图的动态组网策略并下发：基于任务类型、节点类型、节点数目，运行分域算法，明确每个子网各节点的身份和该子网的域内路由协议形成基于任务意图的动态组网策略。

S103，拓扑信息收集：动态组网逻辑策略下发后，网络节点明确自身身份、所属子网、自身所使用路由协议类型，然后控制节点收集子网拓扑信息。

S104，形成基于任务意图的自适应路径计算算法：根据意图分解所得的不同参数要求以及网络状态参数，自适应路径计算技术进行自适应路径计算，形成基于任务意图的自适应路径计算策略。

S105，基于任务意图的数据转发：数据转发源节点接收到自适应路径计算策略后，根据其中的最优转发路径信息进行数据转发，形成意图驱动的跨域数据链网络分级路由。

如图2所示，本发明实施例提供的由任务意图到网络策略下发的流程图，具体过程为：

用户在任务意图输入界面输入指令或通过态势感知网络拓扑反馈的意图，并将意图要素进行提取。

进一步，对意图进行解析，将意图要素映射为对网络现有资源的要求，任务类型、节点类型、节点数目、节点移动性特征、服务质量等，并将实现意图所需的资源进行整合，最终将意图映射为路由逻辑策略。

路由逻辑策略可以分为基于任务意图的动态组网策略和基于任务意图的自适应路径计算策略。

进一步，基于任务类型、节点类型、节点数目，运行分域算法。针对数据链网络适用场景中常见的两类节点类型“控制节点”和“非控制节点”，组网开始前，根据任务意图中指挥级节点身份明确本任务控制节点的身份信息，一个域内可以有多个控制节点。组网开始时，各节点开始收集邻居状态表并汇总至控制节点，进而控制节点运行分域算法，首先确定自身子网的子网号，然后根据收集到的两跳邻居状态表内的各节点ID来确认自身子网内的节点ID，之后运行路由协议选择算法如图3所示，根据节点数量规模、网络负载大小、单子网内控制节点个数来确定域内路由协议，形成动态组网策略。

基于任务意图的动态组网策略json格式包括：节点ID、所属子网ID、节点身份信息、子网内路由协议。

例：{"Node ID":"X","Sub Num":"X","Node Status":"xx","Sub Route":"X"}

然后控制节点根据动态组网策略开始进行广播组网控制信息，收到组网控制信息的普通节点将自身身份标记为该域成员节点，并结束自身的组网阶段，同时收到两个或两个以上不同域的控制节点广播信息的普通节点将自身身份标记为网关节点。重复以上步骤，直至组网完成。之后，各子网内节点根据动态组网策略进行路由协议切换，域内路由协议在DSDV路由协议和OLSR路由协议之间切换，由DSDV协议向OLSR协议切换时，每个节点保存原有路由表和邻居表信息，且不用选举MPR节点，直接推选控制节点成为MPR节点，由MPR节点发送TC消息，每个节点新建拓扑表用来储存子网内的拓扑信息。由OLSR协议向DSDV协议切换时，只继承路由表和邻居表信息，释放拓扑表和MPR节点信息所占用的内存。

然后，控制节点采用域内路由协议收集子网内部动态拓扑信息，并采用域间AODV路由协议与相邻子网的控制节点共享信息，从而使得每个控制节点掌握全网动态拓扑信息。

基于任务意图的自适应路径计算策略的流程图如图4所示，控制节点收集子网内部动态拓扑信息和链路状态信息，当收到路由请求时，基于任务意图的QoS需求：时延D_req、带宽B_req、链路质量Q_req。控制节点的根据网络拓扑信息和约束方程计算得到可用路径，再分别对各条可用路径的链路平均负载L(p)进行统计，计算T的值，最终得出最优路径，形成基于任务意图的自适应路径计算策略并发送路由回复返回至源节点。

基于任务意图的自适应路径计算策略包格式：源节点ID、目的节点ID、下一跳节点ID。

例：{"Source ID":"X","Dist ID":"X","Next Hop ID":"X"}

若某一任务意图无最优路径，则该任务意图放入待协商意图集合，等待协商，回收冗余资源用于协商或者对任务的QoS需求做出调整，然后重新计算路径。

基于任务意图的数据业务转发流程图如图5所示，每一节点定期发送Hello包感知邻居节点状态，并记录当前节点与邻居节点的链路信息汇总至控制节点，各子网控制节点进行协商掌握全网拓扑信息。子网内进行消息传输时，源节点向本子网控制节点发送路由请求，控制节点的根据子网内拓扑信息和约束方程计算得到可用路径，再分别对各条可用路径的链路平均负载进行比较，最终得出最优路径，并发送路由回复返回至源节点。当进行跨域消息传输时，源节点将目的节点信息和数据包发送到本子网控制节点，该子网控制节点确定目的节点不在本子网内，然后利用AODV路由协议向网关节点发送RREQ包进行寻找路由，网关节点收到RREQ包后查看本地路由表有没有目的节点信息，若有则返回RREP包至源节点所在子网中的控制节点，然后根据RREP包中记载的路径信息和控制节点自身维护的全局拓扑信息计算最优路径，然后将最优路径信息及数据包发送至网关节点进行跨子网传输。

综上所述，本发明属于数据链网络领域，公开了一种意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，解决了当前数据链组网存在路由开销大、网络资源利用不充分、数据任务转发效率不够高等技术问题，其实现包括，输入任务意图提取关键要素；形成基于任务意图的动态组网策略并下发；拓扑信息收集；形成基于任务意图的自适应路径计算算法；基于任务意图的数据转发。首先，根据指控人员输入的任务意图或通过网络内部态势反馈的意图，提取意图中的关键要素，对意图进行解析，进而，提出了一种基于任务意图的分级路由算法，采用分域算法对网络进行分域，根据路由协议的特性和域内域间通信的路由协议需求，实现路由协议自适应切换，形成基于任务意图的动态组网策略，从而形成分级网络，最后，利用基于任务意图的自适应路径计算算法，对不同任务划分不同优先级，并结合任务的QoS约束条件以及目前网络资源的可用度，为其计算最优路径，形成基于任务意图的自适应路径计算策略。本发明提出的意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，提高了数据链网络路由技术的自适应性和网络资源的利用率，保障了不同优先级任务的转发效率。用于多个数据链同时存在的复杂战场环境中。

Claims (3)

1.一种意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，其特征在于，包括有以下步骤：

步骤一，输入任务意图提取关键要素：通过用户输入任务意图或通过网络内部态势反馈意图，对获取到的意图提取和分解意图中的关键要素，意图中的关键要素包括有：任务类型、节点类型、节点数目、节点移动性特征、服务质量QoS，对关键要素进一步解析映射为参数要求；

步骤二，形成基于任务意图的动态组网策略并下发：基于组网任务意图中的关键要素中的任务类型、节点类型、节点数目，运行分域算法，明确每个子网中各节点的身份类型和该子网的域内路由协议类型，形成基于任务意图的动态组网策略，然后将该动态组网策略下发至全网各个节点；形成基于任务意图的动态组网策略包括有以下步骤：

2.1明确控制节点身份：基于任务意图的动态组网开始前，针对数据链网络场景中常见的控制节点和非控制节点两类节点类型，根据本任务意图中具有指挥控制功能的节点明确本任务意图控制节点的身份信息，一个域内有一个或多个控制节点；

2.2形成基于任务意图的动态组网策略：基于任务意图的动态组网开始时，各节点开始收集邻居状态表并汇总至控制节点，进而控制节点运行分域算法；首先确定自身子网的子网号，然后根据收集到的一跳邻居状态表和两跳邻居状态表内的各节点ID来确认自身子网内的节点ID，最后根据节点数量规模、网络负载大小、单子网内控制节点个数来确定域内路由协议种类，形成基于任务意图的动态组网策略，以json形式进行下发；

基于任务意图的动态组网策略json格式包括：节点ID、所属子网ID、节点身份信息、子网内路由协议；

2.3各节点执行动态组网策略：然后控制节点通过广播组网控制信息下发动态组网策略，收到组网控制信息的普通节点将自身身份标记为该域成员节点，并结束自身的组网阶段，同时收到两个或两个以上不同域的控制节点广播信息的普通节点将自身身份标记为网关节点；重复以上步骤，直至基于任务意图的动态组网完成；

步骤三，拓扑信息收集：基于任务意图的动态组网策略下发后，网络中各节点明确自身身份、所属子网、自身所使用路由协议类型，形成数据链分级网络，然后控制节点开始收集该控制节点自身所管理子网的拓扑信息，得到当前网络的状态参数信息；拓扑信息收集具体为，当动态组网策略下发后，各子网内节点根据动态组网策略进行路由协议切换，域内路由协议在DSDV路由协议和OLSR路由协议之间切换，对两种协议的路由表格式和邻居表格式进行统一设计，路由表格式包括：源节点ID、目的节点ID、下一跳节点ID、跳数Hop Count；邻居表格式包括：一跳邻居ID、一跳邻居链路状态、两跳邻居ID、邻居表保持时间；控制节点和网关节点在进行域外寻路时采用AODV路由协议；

其中，域内协议切换流程如下：由DSDV协议向OLSR协议切换时，每个节点保存原有路由表和邻居表信息，且不用选举MPR节点，直接推选控制节点成为MPR节点，由MPR节点发送TC消息，每个节点新建拓扑表用来储存子网内的拓扑信息；由OLSR协议向DSDV协议切换时，只继承路由表和邻居表信息，释放拓扑表和MPR节点信息所占用的内存；然后，控制节点采用域内路由协议收集子网内部动态拓扑信息，并采用域间AODV路由协议与相邻子网的控制节点共享信息，使得每个控制节点掌握全网动态拓扑信息；

步骤四，形成基于任务意图的自适应路径计算算法：根据意图分解所得的QoS需求的参数要求、当前网络的状态参数信息计算得到可用路径的总适用值，形成基于任务意图的自适应路径计算算法；当有数据转发任务意图需要进行时，控制节点运行该自适应路径计算算法，得到数据转发任务的最优路径；若某一任务意图无法计算得到最优路径，则将该任务意图放入待协商意图集合，等待协商；通过回收冗余资源或者对任务的QoS需求做出调整，完成意图协商过程，重新计算得到该任务的最优路径，形成自适应路径计算策略，然后将自适应路径计算策略进行下发至所需节点；在跨域数据链网络中所有节点需要进行数据转发时均可运行该自适应路径计算算法得到自适应路径计算策略；基于任务意图的自适应路径计算算法，包括有如下步骤:

4.1：意图分解得到的服务质量需求QoS包含：时延D_req、带宽B_req、链路质量Q_req；当前网络状态参数分为四个类型，分别为：时延D(p)、带宽B(p)、链路质量Q(p)、链路平均负载L(p)；

4.2：时延约束条件：

式中D(p)表示路径p的总时延，D(e)表示每一跳的时延，D_req表示任务意图对时延的需求；

4.3：总带宽约束条件：B(p)＝min{B(e),e∈E(p)}≥B_req

式中B(p)表示路径p的总带宽，B(e)表示每一跳的带宽，B_req表示任务意图对带宽的需求；

4.4：总链路质量约束条件：

式中Q(p)表示路径p的总链路质量，Q(e)表示每一跳的链路质量，Q_req表示任务意图对链路质量的需求；

4.5：基于QoS需求的总约束方程为：

QoS(p)＝α*D(p)+β*B(p)+γ*Q(p)

式中QoS(p)表示路径p的总链路状态，α表示D(p)的权值，β表示B(p)的权值，γ表示Q(p)的权值，α、β、γ总和为1；

用f的值表示路径是否可用

式中QoS(req)表示任务意图的QoS需求，基于f的值，计算出网络中的可用路径集合；

4.6：链路平均负载约束条件：链路平均负载L(p)，网络中各个节点周期性的在业务分组中更新本地负载信息，实现对整条路由负载状态的监测；

式中L(p)表示路径p的链路平均负载，L(e)表示链路中每一个节点的负载大小，Hop(p)表示路径p的总跳数；

T＝τ*f*QoS(p)+η*L(p)

式中T代表可用路径的总适用值，τ表示QoS(p)的权值，η表示L(p)的权值，τ、η的总和为1；

4.7：形成基于任务意图的自适应路径计算策略：在可用路径集合中，选择T最小的路径作为最优路径；若两条链路的T相等时，则选择总跳数Hop(p)最小的路径作为最优路径,形成基于任务意图的自适应路径计算策略，以json形式进行下发；

基于任务意图的自适应路径计算策略json格式包括：源节点ID、目的节点ID、下一跳节点ID、总跳数Hop Count；

4.8若某一任务意图无最优路径，则该任务意图放入待协商意图集合中，等待协商；通过回收冗余资源或者对任务的QoS需求做出降低调整，然后重新对尚未得到最优路径的任务意图计算路径，直至得到最优路径，完成意图协商过程；

步骤五，基于任务意图的数据转发：数据转发源节点接收到自适应路径计算策略后，根据其中的最优转发路径信息进行数据转发，形成意图驱动的跨域数据链网络分级路由。

2.如权利要求1所述意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，其特征在于，步骤4.8中所述的意图协商过程，针对不同任务意图的QoS需求，对任务意图添加优先级表示重要程度，l_i表示任务意图的优先级，数值越大，优先级越高；且对QoS需求能够协商；为保证高优先级的任务意图优先传达，根据优先级对任务意图进行分组，优先级高的任务插队优先转发，优先级低的任务意图在队列内等待或者重新选择路径。

3.如权利要求1所述的意图驱动的跨域数据链网络分级路由方法，其特征在于，步骤五中所述的基于任务意图的数据转发，包括以下步骤：

5.1获取全网拓扑信息：各节点定期发送Hello包感知邻居节点状态，并记录当前节点与邻居节点的链路信息，汇总至控制节点，各子网控制节点进行协商掌握全网拓扑信息；

5.2域内消息传输：当子网内进行消息传输时，源节点向控制节点发送路由请求，路由请求信息中携带基于任务意图的QoS需求：时延D_req、带宽B_req、链路质量Q_req；控制节点根据子网内拓扑信息，利用约束方程计算得到可用路径，再分别对各条可用路径的链路平均负载L(p)进行统计，计算T的值，最终得出最优路径，并向源节点发送路由回复消息；

5.3域间消息传输：当进行跨域消息传输时，源节点将目的节点信息和数据包发送到本子网控制节点，该子网控制节点确定目的节点不在本子网内，然后利用AODV路由协议向网关节点发送RREQ包进行寻找路由，网关节点收到RREQ包后查看本地路由表有没有目的节点信息，若有则返回RREP包至源节点所在子网中的控制节点，然后根据RREP包中记载的路径信息和控制节点自身维护的全局拓扑信息计算最优路径，然后将最优路径信息及数据包发送至网关节点进行跨子网传输。