專利名稱：基于反向傳播的衛(wèi)星分布式路由算法的改進方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星路由算法領(lǐng)域，特別是針對基分布式路由算法的負(fù)載均衡優(yōu)化領(lǐng)域，具體是指一種基于反向傳播的衛(wèi)星分布式路由算法的改進方法。
背景技術(shù)：
在單層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，研究對象主要集中在單層圓極軌道低軌道(Low EarthOrbit, LEO)衛(wèi)星網(wǎng)上。這種采用圓極軌道布星的星座，衛(wèi)星節(jié)點組成一個規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于衛(wèi)星軌道的平行分布，相鄰軌道間的星間鏈路可以繼續(xù)保持，極大地減少了網(wǎng)絡(luò)中的鏈路切換和重建路由次數(shù)，降低了協(xié)議涉及的復(fù)雜度。目前已經(jīng)提出的單層LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議算法有 DRA(Distributed Routing Algorithm)、MASSR(distributedSoft routing algorithm combined with mult1-agent system)、CGR(Contact GraphRouting) > X-YBRA(X-Y Boundary Routing Algorithm)等多種。然而，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)仍然面臨不少問題。隨著全球業(yè)務(wù)與日俱增，業(yè)務(wù)種類也在不斷擴展，使得對服務(wù)質(zhì)量的要求也日益提高。另外，城市業(yè)務(wù)密集，鄉(xiāng)村業(yè)務(wù)稀疏，甚至在占地球表面積達(dá)到75%的海洋地區(qū)幾乎沒有業(yè)務(wù)，這將導(dǎo)致全 球部分區(qū)域上空的衛(wèi)星出現(xiàn)擁塞，而部分衛(wèi)星利用率過低的現(xiàn)象。如何合理地設(shè)計衛(wèi)星路由，盡可能地減少網(wǎng)絡(luò)擁塞、增加對全局負(fù)載的考慮，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率是衛(wèi)星路由算法亟待解決的難題。在上述的眾多LEO層的路由算法中，由Ekici E等人提出的DRA算法具有能動態(tài)選路、適應(yīng)時變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞葍?yōu)點，得到了廣泛應(yīng)用。但該算法缺乏對全局負(fù)載的考慮，并且整個網(wǎng)絡(luò)路由狀態(tài)具有不穩(wěn)定性。具體表現(xiàn)為通信鏈接時的不穩(wěn)定性，可能造成不必要的報文丟失，甚至嚴(yán)重時鏈路中斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于反向傳播(Back Propagation, BP)的衛(wèi)星分布式路由算法的改進方法，對DRA算法進行了負(fù)載均衡的優(yōu)化，增加了發(fā)送概率、修正概率的參量，用以衡量衛(wèi)星以及衛(wèi)星星群是否處于過載狀態(tài)，通過反饋修正概率修改發(fā)送概率，利用發(fā)送概率來控制發(fā)送報文方向，延長過載衛(wèi)星處理擁塞信息的時間，使改進后的路由算法(BP-DRA)增加對全局負(fù)載的考慮，更好地服務(wù)于衛(wèi)星通信。首先給出相關(guān)定義:(I)為衛(wèi)星周圍每個方向添加I個修正概率。對于單個報文，只用到當(dāng)前首要方向的修正概率Pp修正概率預(yù)測了該方向上下一跳衛(wèi)星負(fù)載情況，負(fù)載越重，修正概率越大。(2)對某一報文，送入相應(yīng)方向輸出緩沖區(qū)之前，計算其首要方向和次要方向的發(fā)送概率P t，報文會根據(jù)發(fā)送概率以擁塞的方式送入首要方向或次要方向，例如，當(dāng)某方向修正概率為80%時，以該方向為首要方向的報文，每10個報文中會有8個送入該方向，而2個送入報文的次要方向。下式中A1為首要方向發(fā)送概率，八為次要方向發(fā)送概率，為首要方向的修正概率。
P、='-P,A2=Ofpr(3)當(dāng)衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)首要方向和次要方向都擁塞，或者各個方向的修正概率都超過警戒線的狀態(tài)，稱為過載。過載的作用是讓附近的衛(wèi)星盡量避免轉(zhuǎn)發(fā)報文至該衛(wèi)星。當(dāng)前衛(wèi)星的各個方向修正概率表明了各個方的擁塞情況，當(dāng)其均超過警戒線時，要盡量避免報文進入當(dāng)前衛(wèi)星?？梢?，在無修正概率的時候，報文只會送入首要方向。添加了修正概率的基于BP的反向修正流程，如圖1所示。步驟110:路由算法開始。步驟120:衛(wèi)星A向衛(wèi)星B發(fā)送報文。步驟130:檢測衛(wèi)星B是否過載，當(dāng)衛(wèi)星B過載時執(zhí)行步驟140 ;否則執(zhí)行步驟150。步驟140:對于新到達(dá)的報文回傳一個過載信號給前一衛(wèi)星A，過載信號包括該報文的兩個可選方向；然后執(zhí)行步驟160。步驟150:沿用DRA算法；然后跳轉(zhuǎn)步驟180。步驟160:未收到過載信號的衛(wèi)星A，根據(jù)之前的修正概率來計算發(fā)送概率，并發(fā)送報文。收到過載信號的衛(wèi)星A，先分析信號信息，得知原先報文的兩個可選方向。步驟170:衛(wèi)星A將回傳衛(wèi)星B的方向修正概率增加1%，并將另一個可選方向的修正概率減少1%。步驟180:每個一段時間，將衛(wèi)星A各個方向的修正概率下調(diào)1%。步驟190:等待下一條信號，重新開始算法。這樣，對于首要方向處于過載的衛(wèi)星B的報文，其內(nèi)就減小了，而A2則增加了。發(fā)向過載區(qū)域的報文減少了，則收到過載信號的頻率也會降低，修正概率增加的速度也逐漸減緩。但是修正概率的增加不是無止盡的，當(dāng)不再有過載信號傳回(意味著前方通信狀況好轉(zhuǎn))時，修正概率就不會變化了。另外，如果相鄰方向過載，也會減少該方向的修正概率。這樣，每個方向的修正概率最后會達(dá)到一種動態(tài)均衡，以盡可能避免進入過載區(qū)域，并充分利用相鄰路徑。( 4 )為了防止大范圍擁塞減緩后，各方修正概率不下降，導(dǎo)致報文不選擇最少跳數(shù)路徑的情況，衛(wèi)星每隔一定時間將所有方向的修正概率按幅度1%遞減直至O。顯然，如果前方依舊過載，這個減小量很快就會被抵消。如果前方正常通信，衛(wèi)星也會在一段時間后恢復(fù)到選擇最短路徑的方案。


圖1基于BP的反向修正流程；圖2基于BP-DRA方案記憶過程一；圖3基于BP-DRA方案記憶過程二 ；圖4基于BP-DRA方案記憶過程三。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明的目的是基于反向傳播的衛(wèi)星分布式路由算法的改進方法。具體為當(dāng)衛(wèi)星B沒有過載時，不做出其它動作，沿用DRA算法。當(dāng)衛(wèi)星B過載時，對于新到達(dá)的報文回傳一個過載信號給前一衛(wèi)星A。過載信號包括該報文的兩個可選方向。對于未收到過載信號的衛(wèi)星A，根據(jù)之前的修正概率來計算發(fā)送概率，并發(fā)送報文。對于收到過載信號的衛(wèi)星A，先分析信號信息，得知原先報文的兩個可選方向。將回傳衛(wèi)星B修正概率增加1%，并將另一個可選方向的修正概率減少1%。最后為了防止大范圍擁塞減緩后，各方修正概率不下降，導(dǎo)致報文不選擇最少跳數(shù)路徑的情況，衛(wèi)星每隔一定時間將所有方向的修正概率按幅度1%遞減直至O。顯然，如果前方依舊過載，這個減小量很快就會被抵消。如果前方正常通信，衛(wèi)星也會在一段時間后恢復(fù)到選擇最短路徑的方案。假設(shè):( I)為使過載情況不再惡化，所有衛(wèi)星對A送入的數(shù)據(jù)最大處理能力為每時隙8個報文，并且除了接收中心衛(wèi)星的報文，沒有其他任務(wù)。(2)上方衛(wèi)星初始狀態(tài)為過載。(3)衛(wèi)星A發(fā)送的報文首要方向都是上方，次要方向都是右方。如圖2所示，第I時隙時，衛(wèi)星A送出了 10個報文，根據(jù)內(nèi)=1_0%=1，所以10個報
文送入上方，超過處理能力，每個報文都在過載狀態(tài)，傳回10個過載信號，上方的修正概率變?yōu)?0%。在圖3所示，第2時隙時，衛(wèi)星A送出了 10個報文，根據(jù)所以其中
9個報文送入上方，超過處理 能力。我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)上方衛(wèi)星已經(jīng)處在過載狀態(tài)時，再以每時隙9個報文送入數(shù)據(jù)，必將導(dǎo)致每個報文都在過載狀態(tài)，這樣就會傳回9個過載信號，上方修正概率變?yōu)?9%。I個報文送入右方,無過載信號傳回。如圖4所示，第3時隙時，衛(wèi)星A送出了 10個報文，此時修正概率為19%，根據(jù)A1 =1_19%=0.81，所以其中8個送入上方，由于剛好符合處理能力，報文不再處于過載狀態(tài)，
也就不回傳過載信號，上方修正概率保持為0.81，2個報文送入右方，無過載信號傳回。第4時隙及以后，可見最佳非過載分配方案是10個報文中8個發(fā)向上方，而2個報文發(fā)向右方。若負(fù)載情況不變，則一直不會再有過載信號，衛(wèi)星A也就記住并維持該方案。在此說明書中，本發(fā)明已參照特定的實施實例做了描述。但是，很顯然仍可以做出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種基于反向傳播的衛(wèi)星分布式路由算法的改進方法，其特征在于:(1)為分布式算法加入了反向修正的步驟，增加了對全局負(fù)載的考慮；(2)針對衛(wèi)星分布式路由算法，提出了修正概率、發(fā)送概率的計算方法，使得報文的發(fā)送受到負(fù)載均衡的控制；(3)為修正概率之間創(chuàng)建了聯(lián)系，讓報文在各個方向的發(fā)送得以相互關(guān)聯(lián)，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反向傳播的衛(wèi)星分布式路由算法的改進方法，其特征在于:當(dāng)衛(wèi)星收到報文并對其選擇轉(zhuǎn)發(fā)方向時，首要和次要方向均擁塞，即過載情況時，會向該報文的上一跳發(fā)送一個過載信號，提示上一跳衛(wèi)星。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反向傳播的衛(wèi)星分布式路由算法的改進方法，其特征在于:收到過載信號的衛(wèi)星會增加該方向的修正概率Pd這樣，修正概率就能體現(xiàn)路徑前方的負(fù)載情況，對于以該方向為首要方向的報文，其首要方向的發(fā)送概率A1 =1-A，其次要方向發(fā)送概率A =0^P,，報文的發(fā)送受到了前方負(fù)載的控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反向傳播的衛(wèi)星分布式路由算法的改進方法，其特征在于:當(dāng)衛(wèi)星增加某一 方向的修正概率P ^時，同時也會減少其相鄰方向的修正概率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于反向傳播的衛(wèi)星分布式路由算法的改進方法。具體為(1)為分布式算法加入了反向修正的步驟，增加了對全局負(fù)載的考慮；(2)針對衛(wèi)星分布式路由算法，提出了修正概率、發(fā)送概率的計算方法，使得報文的發(fā)送受到負(fù)載均衡的控制；(3)為修正概率之間創(chuàng)建了聯(lián)系，讓報文在各個方向的發(fā)送得以相互關(guān)聯(lián)，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化。本方法既保持了分布式路由算法的特性，如無需考慮拓?fù)渥兓?、對星上存儲要求較小等特點，又有效地避免了全局負(fù)載的不平衡導(dǎo)致的鏈路利用率和端到端時延等路由指標(biāo)的下降。
文檔編號H04L12/721GK103236987SQ20131016269
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者廖勇, 周穎佳, 李延甲, 孫邈, 魏海波 申請人:重慶大學(xué)