申请/专利权人：大连大学

申请日：2021-12-24

公开（公告）日：2024-02-20

公开（公告）号：CN114422423B

主分类号：H04L45/12

分类号：H04L45/12;H04L45/121;H04L45/125;H04B7/185;G06N3/006

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.20#授权;2022.05.20#实质审查的生效;2022.04.29#公开

摘要：本发明公开了一种基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由方法，该方法基于SDN的多层卫星网络应用场景，通过建立多约束模型，并根据链路多约束信息对基本蚁群算法进行改进，利用改进的蚁群算法对模型进行求解，获得满足时延、带宽、丢包率多约束的路径代价最小路径。同时，提出了基于SNMcRA的转发机制，根据NDN中包逐跳转发的过程中动态构建FIB表和PIT表，实现包的可靠转发。相较于传统的洪泛路由和基于连接图的单一目标优化的路由方法，此方法基于SDN集中控制并利用改进的蚁群算法获取满足时延、带宽和丢包率多约束的代价最小路径，实现包的高效传输。

主权项：1.一种基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由方法，其特征在于，包括：基于SDN的多约束路由动态构建FIB与PIT表；根据卫星网络链路多约束信息建立多约束路由模型；结合所述链路多约束信息对蚁群算法进行改进，防止陷入局部最优解；利用改进后的蚁群算法对所述多约束路由模型进行求解；动态构建FIB表，具体为：当卫星节点收到兴趣包后，首先查找内容缓存表CS，若在该表中获取到命中内容，则将包含所述命中内容的数据包按原路返回，此时用户请求得到满足；否则，查找请求状态表PIT，若该表中存在此兴趣包内容的PIT条目，则添加进入接口信息到相应条目；否则，继续查找转发表FIB，若在该表中找到此兴趣包内容转发接口信息，则按照所述接口信息进行转发；否则，将兴趣包转发到GEO卫星控制器，该控制器根据解析出的内容名获取内容源卫星节点，并根据当前全局网络状态信息执行多约束路由计算兴趣包的最优转发路径，下发流表给相应的LEO卫星完成转发；否则，将兴趣包回溯或者丢弃；动态构建PIT表，具体为：当网络拓扑稳定时，若有数据包满足对应的兴趣包，则其会沿着兴趣包的反向路径传输；但卫星网络拓扑动态变化，数据包在返回之前兴趣包传输路径的反向路径可能已经不存在；因此，需动态构建PIT表；当卫星节点收到数据包后，首先查看内容缓存表CS中是否存在此数据包，若存在则丢弃该数据包；否则，查找请求状态表PIT，若该表中记录的兴趣包入口链路仍然有效，则按照请求状态表PIT完成数据包的转发与缓存；否则，向GEO卫星控制器请求执行多约束路由计算数据包的最优转发路径；若计算成功，则LEO卫星节点按照流表转发数据包，并按照相应的缓存策略进行缓存；否则，节点向上反馈否定确认NACK报文通知发送节点重传；根据卫星网络链路多约束信息建立多约束路由模型，具体为：获取通信时延、剩余可用带宽、丢包率；定义最优路径的评判指标为路径代价costk,l，即通信时延、剩余可用带宽、丢包率的加权之和；建立满足通信时延、剩余可用带宽、丢包率要求的路径代价最小的多约束路由模型；通信时延dealyps,d表示路径传输时延与节点排队时延之和；其计算公式如下： 其中，dealytrak,l为路径的传输时延，dealyquev为路径中节点排队时延；所述剩余可用带宽bank,l表示链路总带宽与已用带宽之差，属于凹性参数，其计算公式如下：bank,l＝Bk,l-Busedk,l2其中，Bk,l表示链路总带宽，Busedk,l表示链路已用带宽；所述丢包率lossps,d表示传输数据包中丢失的数量占总数量的比值，属于可乘性参数，其计算公式如下： 其中，lossk,l是单位时间内路径ps,d中链路k,l的丢包率；所述路径代价costk,l为通信时延、可用带宽、丢包率的加权之和，其计算公式如下： 其中，delayk,l为链路k,l的通信时延，Dmin为当前卫星网络中的最小通信时延；banmax为当前卫星网络链路中可用带宽的最大值，bank,l为链路k,l的剩余可用带宽；lossk,l为链路k,l的丢包率，Lmin为当前卫星网络中的最小丢包率；ωii＝1,2,3分别表示时延、可用带宽、丢包率的相对权重，且∑ωi＝1；所述多约束路由模型为： 其中，Dmax、Bmin、Lmax分别表示传输业务对通信时延、剩余可用带宽、丢包率的约束阈值；结合所述链路多约束信息对蚁群算法进行改进，防止陷入局部最优解，具体为：基于先验知识与概率驱动的蚂蚁状态转移规则得到蚂蚁下一条转发节点l，所述蚂蚁状态转移规则为： 其中，p为[0,1]内均匀分布的随机数；p0为状态转移因子，Nmax为最大迭代次数，Nc为当前迭代次数；当p≤p0时，利用先验知识采用非随机的搜索方式，即按照信息素与启发式函数乘积最大的节点进行状态转移；当p＞p0时，按照式9得到满足约束条件的所有节点的随机转移概率按照概率大的节点进行状态转移；其中， 其中，为蚂蚁q从卫星k转移到卫星l的概率；precq为蚂蚁q等待访问节点集合；τk,lt为t时刻链路k,l上的信息素浓度；α为信息素启发因子，反映转移规则受信息素浓度的影响程度；ηk,lt为t时刻节点k到节点l链路上的启发度，定义ηk,lt＝1costk,lt，即路径代价越小对蚂蚁的启发作用越大；β为启发函数因子，反映启发信息对转移规则的影响程度；获取当前迭代的路径代价值costk,lt，并更新链路信息素，更新规则如式10所示：τk,lt+1＝1-ρτk,lt+Δτk,lt10 其中，costk,lt为当代最优解蚂蚁的路径代价值，当所选路径代价越小时，该路径上的信息素浓度增加越多，从而启发更多的蚂蚁选择该条路径；同时，将各条寻优路径上的信息素量限制在[τmin,τmax]范围内，当超出这个范围时，信息素量被强制限定为τmin或τmax，如式12所示： 利用改进后的蚁群算法对所述多约束路由模型进行求解，具体为：删除网络中不满足多约束条件的链路，得到一个新的网络拓扑，然后基于新的网络拓扑GV,E'开始搜索；将源节点s设置为蚂蚁的当前节点，并加入禁忌表中；根据蚂蚁状态转移规则和多约束条件选择下一跳节点，并将选择的节点加入禁忌表中；蚂蚁判断当前节点是否为目的节点，若是，则宣布寻路成功，目的节点d根据路径代价costps,d选择一条最优路径，将蚂蚁按原路返回，并更新信息素；否则，蚂蚁判断当前节点的precq集合是否为空，若为空，则宣布寻路失败；否则，根据状态转移规则和多约束条件继续选择下一跳节点。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 大连大学 一种基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由方法

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