本發(fā)明涉及海上船舶通信，具體來說，涉及一種基于業(yè)務(wù)和無線信道動(dòng)態(tài)特性的船端動(dòng)態(tài)路由控制方法。

背景技術(shù)：

1、2018年，國(guó)際海事組織(international?maritime?organization，imo)提出了海上自主水面航行船舶(maritime?autonomous?surface?ship，mass)的新概念，其中提供安全、可靠、高效的通信是mass發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。因此，建設(shè)低價(jià)可靠的海上通信網(wǎng)絡(luò)，提升海上通信的有效性和可靠性，保障船舶航行安全已成為建設(shè)“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。隨著海上船舶數(shù)量的增長(zhǎng)、船端業(yè)務(wù)需求隨之增加，傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)已無法滿足當(dāng)前的需求。復(fù)雜的海上業(yè)務(wù)使海上通信鏈路負(fù)載和信道占用率明顯增加，信道擁擠程度加劇。而海上通信系統(tǒng)相互獨(dú)立，各系統(tǒng)之間存在管理不統(tǒng)一和帶寬分配不合理等問題。為實(shí)現(xiàn)海上各類異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合成為迫切需求。

2、目前，國(guó)內(nèi)外主要針對(duì)海上異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。其中包括針對(duì)船舶異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和船聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)的研究船舶移動(dòng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換信號(hào)。還包括基于多網(wǎng)并行傳輸?shù)暮Ｉ袭悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)接入選擇算法等。盡管這些方法為海洋異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研究提供了一定的理論基礎(chǔ)，但是沒有考慮到船舶通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，無法有效對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，難以實(shí)現(xiàn)海上無線信道的自主選擇，導(dǎo)致通信資源分配不合理，不利于通信設(shè)備的統(tǒng)一管理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)海上異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合過程中所面臨的通信資源分配不合理和通信設(shè)備管理不統(tǒng)一的問題，旨在解決其對(duì)船舶航行安全和通信業(yè)務(wù)有效傳輸?shù)挠绊?。提出了一種基于業(yè)務(wù)和無線信道動(dòng)態(tài)特性的船端動(dòng)態(tài)路由控制方法，根據(jù)船舶通信業(yè)務(wù)的類型，動(dòng)態(tài)選擇最適合的無線信道，以優(yōu)化海上用戶的通信體驗(yàn)。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

3、一種基于業(yè)務(wù)和無線信道動(dòng)態(tài)特性的船端動(dòng)態(tài)路由控制方法，包括以下步驟：

4、s1、構(gòu)建選擇最優(yōu)接入網(wǎng)絡(luò)的模糊層次模型，所述選擇最優(yōu)接入網(wǎng)絡(luò)的模糊層次模型包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層，所述目標(biāo)層被定義為選擇最優(yōu)接入網(wǎng)絡(luò)，所述準(zhǔn)則層被定義為包括以下qos指標(biāo)：帶寬、丟包率、抖動(dòng)、延遲以及服務(wù)價(jià)格，所述方案層被定義為包括以下海上候選通信網(wǎng)絡(luò)：ais、vde、inmarsat以及mf&hf；

5、s2、獲取船舶通信業(yè)務(wù)類型，根據(jù)預(yù)設(shè)的兩兩qos指標(biāo)相對(duì)于不同業(yè)務(wù)的重要程度關(guān)系構(gòu)建模糊層次判決矩陣；

6、s3、基于模糊層次第一判決矩陣構(gòu)建第一權(quán)重矩陣；

7、s4、獲取候選通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)屬性論域，定義所述網(wǎng)絡(luò)屬性論域上的區(qū)間模糊集，根據(jù)所述區(qū)間模糊集構(gòu)建區(qū)間猶豫模糊多屬性矩陣；

8、s5、基于所述區(qū)間猶豫模糊多屬性矩陣構(gòu)建第二權(quán)重矩陣；

9、s6、結(jié)合第一權(quán)重矩陣和第二權(quán)重矩陣生成最終權(quán)重矩陣；

10、s7、基于最終權(quán)重矩陣對(duì)區(qū)間猶豫模糊多屬性矩陣進(jìn)行加權(quán)處理，隨后根據(jù)區(qū)間猶豫模糊多屬性矩陣計(jì)算模糊方案與區(qū)間猶豫模糊正理想方案和負(fù)理想方案的歐式距離，根據(jù)計(jì)算的歐式距離計(jì)算每個(gè)方案到理想方案的相對(duì)貼近度，根據(jù)相對(duì)貼進(jìn)度對(duì)海上候選網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行排序，選出最優(yōu)接入網(wǎng)絡(luò)。

11、進(jìn)一步地，s4中定義所述論域上的區(qū)間模糊集為：

12、

13、其中，bw為帶寬，plr為丟包率，jit為抖動(dòng)，de為延遲，sp為服務(wù)價(jià)格，

14、為帶寬屬于集合h的隸屬度區(qū)間，其中為帶寬隸屬度區(qū)間的下限，為帶寬隸屬度區(qū)間的上限，為帶寬不屬于集合h的隸屬度區(qū)間，其中為帶寬隸屬度區(qū)間的下限，為帶寬隸屬度區(qū)間的上限，

15、為丟包率屬于集合h的隸屬度區(qū)間，其中為丟包率隸屬度區(qū)間的下限，為丟包率隸屬度區(qū)間的上限，為丟包率不屬于集合h的隸屬度區(qū)間，其中為丟包率隸屬度區(qū)間的下限，為丟包率隸屬度區(qū)間的上限，

16、為抖動(dòng)屬于集合h的隸屬度區(qū)間，其中為抖動(dòng)隸屬度區(qū)間的下限，為抖動(dòng)隸屬度區(qū)間的上限，為抖動(dòng)不屬于集合h的隸屬度區(qū)間，其中為抖動(dòng)隸屬度區(qū)間的下限，為抖動(dòng)隸屬度區(qū)間的上限，

17、為延遲屬于集合h的隸屬度區(qū)間，其中為延遲隸屬度區(qū)間的下限，為延遲隸屬度區(qū)間的上限，為延遲不屬于集合h的隸屬度區(qū)間，其中為延遲隸屬度區(qū)間的下限，為延遲隸屬度區(qū)間的上限，

18、為服務(wù)價(jià)格屬于集合h的隸屬度區(qū)間，其中為服務(wù)價(jià)格隸屬度區(qū)間的下限，為服務(wù)價(jià)格隸屬度區(qū)間的上限，為服務(wù)價(jià)格不屬于集合h的隸屬度區(qū)間，其中為服務(wù)價(jià)格隸屬度區(qū)間的下限，為服務(wù)價(jià)格隸屬度區(qū)間的上限；

19、所述區(qū)間猶豫模糊多屬性矩陣為：

20、

21、其中，m代表業(yè)務(wù)類型的數(shù)量，n代表qos指標(biāo)的數(shù)量。

22、進(jìn)一步地，基于所述區(qū)間猶豫模糊多屬性矩陣構(gòu)建第二權(quán)重矩陣，包括：

23、s501、基于所述區(qū)間猶豫模糊多屬性矩陣計(jì)算區(qū)間猶豫模糊多屬性矩陣中的每個(gè)區(qū)間猶豫模糊元素，得到網(wǎng)絡(luò)屬性得分，從而構(gòu)建候選網(wǎng)絡(luò)屬性得分矩陣；

24、s502、對(duì)所述候選網(wǎng)絡(luò)屬性得分矩陣的元素進(jìn)行歸一化處理；

25、s503、根據(jù)元素歸一化后的候選網(wǎng)絡(luò)屬性得分矩陣構(gòu)建計(jì)算各網(wǎng)絡(luò)中不同網(wǎng)絡(luò)參數(shù)所占的比重矩陣，

26、s504、根據(jù)所述比重矩陣對(duì)應(yīng)的熵值構(gòu)建第二權(quán)重矩陣。

27、進(jìn)一步地，所述候選網(wǎng)絡(luò)屬性得分矩陣為：

28、

29、其中，m代表業(yè)務(wù)類型的數(shù)量，n代表qos指標(biāo)的數(shù)量，和為第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)的第j個(gè)屬性模糊區(qū)間的下限和上限，l為區(qū)間的數(shù)量。

30、進(jìn)一步地，對(duì)所述候選網(wǎng)絡(luò)屬性得分矩陣的元素進(jìn)行歸一化處理，包括：將qos指標(biāo)劃分為效益屬性指標(biāo)和成本屬性指標(biāo)，其中效益屬性指標(biāo)包括帶寬，成本屬性指標(biāo)包括丟包率、抖動(dòng)、延遲以及服務(wù)價(jià)格；

31、效益屬性指標(biāo)的歸一化公式為：

32、

33、成本屬性指標(biāo)的歸一化公式為：

34、

35、其中，rmax代表指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)屬性得分最大值，rmin代表指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)屬性得分最小值。

36、進(jìn)一步地，各網(wǎng)絡(luò)中不同網(wǎng)絡(luò)參數(shù)所占的比重矩陣為：

37、p＝(pij)m×n

38、其中

39、進(jìn)一步地，所述模糊層次判決矩陣為：

40、

41、其中，k代表qos指標(biāo)的類型，n代表qos指標(biāo)的數(shù)量；

42、所述第一權(quán)重矩陣為：

43、

44、其中，m代表業(yè)務(wù)類型的數(shù)量，n代表qos指標(biāo)的數(shù)量；

45、所述第二權(quán)重矩陣為：

46、w″＝(w1″w2″wn″)

47、其中，ej為熵值，n代表qos指標(biāo)的數(shù)量，m代表業(yè)務(wù)類型的數(shù)量。

48、進(jìn)一步地，船舶通信業(yè)務(wù)包括人命安全類、商業(yè)通信類、一般通信類以及船舶航行類。

49、進(jìn)一步地，構(gòu)建模糊層次判決矩陣時(shí)，采用1-9的衡量方法，細(xì)化等級(jí)分配。

50、較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

51、(1)本發(fā)明提出的船端智能動(dòng)態(tài)路由選擇算法可以有效加大最優(yōu)和最劣海上候選網(wǎng)絡(luò)之間的權(quán)重差異，從而迅速甄別出最佳海上候選網(wǎng)絡(luò)信道。

52、(2)本發(fā)明嚴(yán)格按照業(yè)務(wù)自身要求和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境這兩方面進(jìn)行船端異構(gòu)網(wǎng)通信鏈路選擇，避免在切換網(wǎng)絡(luò)時(shí)造成網(wǎng)絡(luò)乒乓效應(yīng)。

53、綜上所述，本發(fā)明保證了業(yè)務(wù)選擇網(wǎng)絡(luò)的有效性，完成了基準(zhǔn)統(tǒng)一的、穩(wěn)健可靠的船端異構(gòu)網(wǎng)最優(yōu)通信鏈路選擇，這對(duì)保障船舶航行安全和有效的通信業(yè)務(wù)傳輸具有重要意義。