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专利号: 2024113791688
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于故障域模型的星间可靠路由方法,其特征在于,包括以下步骤;

S1:根据卫星网络初始拓扑信息建立基于逻辑地址的虚拟拓扑;

S2:根据节点状态将节点重新划分为故障节点、边界节点、不可达节点、不可靠节点和可用节点,之后由故障节点遍历获得边界节点状态,再将边界节点集合中的故障节点与原来的故障节点、不可靠节点和被故障节点包围的不可达节点合并得到故障节点集合F{Ni,j}和边界节点集合B{Ni,j},可用节点集合S{Ni,j}通过总集合与故障节点集合F{Ni,j}和边界节点集合B{Ni,j}的差集计算得到,获取源节点与目的节点的位置,计算得到绕行优先级Round、边界初始节点Bs和边界目的节点Bd位置;

S3:根据源节点与目的节点间的最短路径是否会被故障区域阻碍,若被阻碍则执行基于故障域的路由算法,若未被阻碍则执行常规路由算法;

S4:执行故障域路由算法,根据网络信息计算信噪比效用函数U(s)、链路长度效用函数U(l)和缓冲队列效用函数U(b),及综合效用函数U(x),计算得到最优路由路径准则。

2.根据权利要求1所述的一种基于故障域模型的星间可靠路由方法,其特征在于,所述步骤S1根据卫星网络建立基于逻辑地址的虚拟拓扑的具体过程如下:首先,将卫星网络的拓扑关系用图 表示, 表示卫星的集合,ε={l11、l12、...、lij}表示这些卫星之间的互连的集合,将连接关系用关联矩阵表示,矩阵中的元素用0表示有链接,1表示没有链接;

其次,将根据星座拓扑建立虚拟拓扑模型,给予每个卫星一个逻辑地址,这个逻辑地址固定在卫星上;卫星的逻辑拓扑结构将随着卫星的运动而改变;卫星S的逻辑地址为(i,j),用Ni,j表示第i个轨道平面上的第j个卫星节点,i=0,...,M‑1;j=0,...,N‑1;然后通过一颗卫星的实际位置和hello数据包获得的相对位置来确定卫星网络的瞬时拓扑。

3.根据权利要求1所述的一种基于故障域模型的星间可靠路由方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括:故障节点集合F{Ni,j}表示所有故障节点和不可达节点的位置集合;

边界节点集合B{Ni,j}由故障节点相邻的可用节点组成,用来表示故障节点的边界;同时,边界绕行过程中的初始节点称为边界初始节点Bs,结束绕行的节点命名为边界目的节点Bd;

定义绕行优先级Round(0,1)作为一个判断条件,Round直接通过哪一个方向的跳数更小来进行计算,值为0时代表顺时针,为1时代表逆时针。

4.根据权利要求1所述的一种基于故障域模型的星间可靠路由方法,其特征在于,所述步骤S3基于故障域的路由算法步骤具体包括:首先基于源节点与目的节点相对位置,结合综合链路效用函数分段计算源‑边界初始、边界初始‑边界目的、边界目的‑目的的路由路径,其中边界初始‑边界目的的路由路径计算将依据绕行优先级计算,最后将三段路径整合得到被故障域阻碍的最可靠路由路径。

5.根据权利要求1所述的一种基于故障域模型的星间可靠路由方法,其特征在于,所述步骤S4中的信噪比效用函数U(s)具体包括:在激光链路传输过程中,信噪比主要受自由空间传播损耗影响,量化为以下公式:其中,yij为最终信号,hij为链路损耗因子,nij为高斯白噪声;G为源节点发射功率,Lij为距离,γ为路径损耗指数;在公式(1)中,SNRij(t)是链路的信噪比,N0为高斯白噪声;

当传输过程的信噪比低于接收阈值α的信噪比以后将无法进行数据的传输,因此中断事件发生的概率推导为:则卫星i与j之间的数据包中断概率推导为:

为了保证数据包的传输效率,将信噪比的效用函数U(s)定义为数据包成功传输的概率,表示为:U(s)=1‑Pr{SNRij(t)<α}    (4)。

6.根据权利要求5所述的一种基于故障域模型的星间可靠路由方法,其特征在于,所述步骤S4中的路径长度效用函数U(l)具体包括:最短路径可以用以下公式进行计算:

MinL=MinLv+MinLh.    (5)

其中Lv表示平面内ISL长度,Lh表示平面间ISL长度,由以下公式(6)‑(8)计算:Lh=δ×cos(lat)    (7)

其中,lat表示平面间ISL所在的纬度,卫星网络有M个极轨面,每个极轨面有N颗卫星;

相邻两平面之间的角距离为360°/(2×M),同一轨道平面内相邻两颗卫星之间的角距离为

360°/N;

路径长度效用公式就可以用路径长度进行计算:

U(l)=MinL    (9)。

7.根据权利要求6所述的一种基于故障域模型的星间可靠路由方法,其特征在于,所述步骤S4中,缓冲队列效用函数U(b)具体为:根据排队论,数据包到达率服从泊松分布,平均速率为λ,A(t)表示在周期t内到达的数据包数量,A(t)=k的概率函数为:每个报文的服务时间服从一个独立而相同的分布函数,这个分布函数设为B(t),定义vn为第n个数据包的处理时间,Vn表示数据包的独立处理时间,D(t)表示时间t内卫星处理的数据包数;

D(t)=max{n:Vn≤t}    (12)

P(D(t)=n)=Bn(t)‑Bn+1(t)=Cn(t)    (13)式中Bn(t)为B(t)的n倍卷积,Cn(t)表示在时间t内卫星处理的数据包等于n的概率函数可以由(13)计算得到,则在t时刻,数据包长度X(t)表示为:X(t)=m+A(t)‑D(t)    (14)

其中m为时刻t的剩余包数,则得到当前数据队列X(t)的处理概率pm,k(t),其中j表示当前数据队列内卫星处理的数据报数;

缓冲队列能够表征链路的拥塞处理能力,因此缓冲队列的ISL效用函数为:U(b)=pm,k(t)    (16)。

8.根据权利要求7所述的一种基于故障域模型的星间可靠路由方法,其特征在于,所述步骤S4中的综合链路效用函数U(x)具体为:其中ω表示各个效用函数的权值,并且公式(15)满足下述两个约束条件: