高 強(qiáng),郭 成,2,張勝利,蒲衛(wèi)華,吳榮東

(1.深圳大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院,廣東 深圳 518000;2.鵬城實(shí)驗(yàn)室,廣東 深圳 518038;3.深圳航天東方紅衛(wèi)星有限公司,廣東 深圳 518000)

0 引 言

衛(wèi)星通信中衛(wèi)星軌道類(lèi)型對(duì)每個(gè)任務(wù)要求都有相當(dāng)大的影響(軌道的高低決定著飛行周期),也影響著實(shí)際通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì),根據(jù)服務(wù)的預(yù)期和通信類(lèi)型,衛(wèi)星星座部署需求有所不同[1]。

近些年,有關(guān)小衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由算法和應(yīng)用的策略相繼提出,前期的路由方案主要分為兩種:虛擬拓?fù)浜吞摂M節(jié)點(diǎn)。前者就是將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)間虛擬化,將時(shí)間離散化為一系列的時(shí)間片,每個(gè)時(shí)間片被稱(chēng)為快照[2]?？煺罩?由于時(shí)隙跨度較短衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浔徽J(rèn)為是穩(wěn)定的或準(zhǔn)靜態(tài)的,其變化只發(fā)生在快照的交接點(diǎn)。虛擬節(jié)點(diǎn)又可分為星座虛擬化和區(qū)域虛擬化:星座虛擬化就是將小衛(wèi)星星座化為有固定地理位置的虛擬節(jié)點(diǎn);區(qū)域虛擬化就是將地球表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分并分配固定的邏輯地址,充分考慮地理與人口的因素。基于虛擬節(jié)點(diǎn)的算法[3-9]隱藏衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性,采用局部?jī)?yōu)化的方法,缺乏全局的把握,所以所得的路徑不一定能夠最優(yōu)。

為了滿(mǎn)足日益增多的業(yè)務(wù)需求,對(duì)資源進(jìn)行有效利用,保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS),一些基于QoS多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法[10-14]也陸續(xù)被提出。但現(xiàn)有的調(diào)度大都是集中式調(diào)度,缺乏靈活性,而且與遺傳算法等啟發(fā)式算法相結(jié)合,降低了時(shí)間效率。所以,提出性能優(yōu)良的衛(wèi)星間調(diào)度仍是亟需研究解決的問(wèn)題。

面對(duì)地面兩地的遠(yuǎn)距離通信,本文從多方面考慮優(yōu)化路由路徑。首先針對(duì)衛(wèi)星組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和鏈路的頻繁轉(zhuǎn)換,選用根據(jù)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)確定全局網(wǎng)絡(luò)模型鏈路的連接方法,并且充分考慮高緯度區(qū)域和接縫區(qū)域鏈路的狀態(tài)。面對(duì)星上資源有限造成多業(yè)務(wù)的擁塞情況,又將業(yè)務(wù)分類(lèi)為實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)兩種,對(duì)非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)進(jìn)行加權(quán)輪詢(xún)調(diào)度保證其公平性,又可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分流,保證鏈路的利用率和數(shù)據(jù)的有效轉(zhuǎn)發(fā)。

1 路由過(guò)程

上述路由機(jī)制均簡(jiǎn)化了拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu),也就是提前規(guī)定好拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),相當(dāng)于在離線(xiàn)狀態(tài)下進(jìn)行路由,伴隨而來(lái)的是對(duì)鏈路擁塞或損壞、流量變化等實(shí)時(shí)情況的應(yīng)對(duì)能力較差。一個(gè)好的路由機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)的吞吐量、丟包率以及鏈路的擁塞情況和抗毀性等都有較高的要求。本文所提出的路由機(jī)制,首先尋找衛(wèi)星的接入(源衛(wèi)星和目的衛(wèi)星),根據(jù)本文建立的評(píng)估函數(shù)建立星上路由表,將星上的數(shù)據(jù)調(diào)度形成一個(gè)完整的調(diào)度隊(duì)列,按次序根據(jù)最優(yōu)評(píng)估函數(shù)一步一步地尋找最優(yōu)解,直到達(dá)到目的衛(wèi)星。具體模型如圖1所示。

圖1 路由算法模型

1.1 星座設(shè)計(jì)

本文建立的星座模型如圖2所示。不同于星鏈計(jì)劃中龐大的衛(wèi)星數(shù)和“之”字形的運(yùn)行路線(xiàn),本文中采用極地軌道(圖2軌道面與赤道面近似垂直)的設(shè)計(jì),在這種軌道上飛行的衛(wèi)星都可以經(jīng)過(guò)南北兩極。規(guī)律的運(yùn)行軌跡可以更好地實(shí)現(xiàn)位置和傳輸數(shù)據(jù)的快速定位,雖然有時(shí)受地球自轉(zhuǎn)的影響。另外,相比于其他小衛(wèi)星軌道軌跡,采用極地軌道不需要大量的小衛(wèi)星便能覆蓋全球,大大降低了成本。本文采用的衛(wèi)星數(shù)為M×N,M代表軌道數(shù),N代表每個(gè)軌道的衛(wèi)星數(shù),每個(gè)衛(wèi)星的運(yùn)行周期為T(mén)。不同運(yùn)行方向的衛(wèi)星軌道之間稱(chēng)為接縫,在接縫區(qū)域之間的軌間鏈路存在時(shí)間較短,故在本文中假設(shè)在此區(qū)域不存在衛(wèi)星鏈路。

圖2 星座模型

另外,在高緯度區(qū)域時(shí),衛(wèi)星上的天線(xiàn)指向會(huì)發(fā)生變化,故定義維度閾值latmax,超出該閾值時(shí)不存在軌間鏈路。整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可以簡(jiǎn)化為

G=(V,E) 。

(1)

式中:V表示衛(wèi)星節(jié)點(diǎn);E表示鏈路。采用類(lèi)似于“銥”星星座結(jié)構(gòu),極地軌道模型,故每個(gè)衛(wèi)星最多擁有4個(gè)鏈路(2個(gè)軌內(nèi)鏈路和2個(gè)軌間鏈路)?？紤]高緯度區(qū)域和軌道接縫的限制,生成鏈路矩陣E(算法1)具體描述如下:

輸入:維度閾值latmax,此刻某衛(wèi)星C的維latc

輸出:網(wǎng)絡(luò)鏈路矩陣E

1 if latc

2 ifC不在接縫區(qū)域內(nèi) then

3C相鄰的4個(gè)衛(wèi)星鏈路都接通

4 else ifC在接縫區(qū)域內(nèi) then

5C僅與同軌道的兩顆相鄰衛(wèi)星建

立鏈路

6 end if

7 else if latc>latmaxthen

8C僅與同軌道的兩顆相鄰衛(wèi)星建立

鏈路

9 end if

10 更新鏈路矩陣E

1.2 接入控制

關(guān)于衛(wèi)星與地面站的接入情況,Wang等人[15]提供了基本的思路,但并沒(méi)有考慮實(shí)際衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)狀況(衛(wèi)星上通信天線(xiàn)的方位指向是固定的,兩顆正在通信的衛(wèi)星繞過(guò)極點(diǎn)時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變,天線(xiàn)連接斷開(kāi),通信結(jié)束)。本文基于此進(jìn)行優(yōu)化?？紤]物理可見(jiàn)的情況,如果地球阻止衛(wèi)星之間的連接,無(wú)論是激光還是微波,都不能形成通信鏈路,即不能進(jìn)行通信。設(shè)置以下的幾個(gè)參數(shù):Re為地球的半徑;D為衛(wèi)星之間或衛(wèi)星與地面站之間的距離;H為地球中心點(diǎn)到衛(wèi)星連線(xiàn)的垂直距離;α為衛(wèi)星之間的連線(xiàn)與衛(wèi)星地球中心之間連線(xiàn)的夾角。

圖3所示的情況可判決衛(wèi)星間是否可見(jiàn),但還要考慮地面站與衛(wèi)星的可見(jiàn)情況。當(dāng)衛(wèi)星與地面站鏈路與地球相切時(shí)可達(dá)到距離的臨界值,然后選用最接近源和目的地面站的衛(wèi)星作為接入。

圖3 衛(wèi)星的接入

例如衛(wèi)星S1與衛(wèi)星S2的距離為D1,H1為衛(wèi)星S1和S2連線(xiàn)的中心點(diǎn)到地心的距離,如果

H1≥Re,

(2)

則衛(wèi)星在物理上是可見(jiàn)的,可以形成衛(wèi)星間通信鏈路。

衛(wèi)星S2與S4的距離為D2,H2為S2與S4連接線(xiàn)的中心點(diǎn)到地心的直線(xiàn)距離,如果滿(mǎn)足

H2≤Re,

(3)

則衛(wèi)星在物理上是不可見(jiàn)的,它不能建立衛(wèi)星間的鏈路。

對(duì)于衛(wèi)星和地面站的連接,地面站剛進(jìn)入輻射半角為α1的衛(wèi)星輻射范圍內(nèi)時(shí),衛(wèi)星與地面站的距離最大即達(dá)到臨界值。此時(shí)距離的值達(dá)到最大值Dmax,即衛(wèi)星與地面建立通信聯(lián)系的條件是

D≤Dmax。

(4)

衛(wèi)星地面站的接入(算法2)具體描述如下:

輸入:源地面站G,地球半徑Re,衛(wèi)星距地心的距離Hl,衛(wèi)星的輻射半角α1,與源地面站建立鏈路的衛(wèi)星數(shù)量n,衛(wèi)星序號(hào)Li

輸出: 輸出源接入衛(wèi)星s

1余弦定理計(jì)算其臨界條件Dmax

2Dsg=Dmax

3 fori=1 tonthen

4 ifDig≤Dmax&&Dig≤Dsg

5s=Li

6Dsg=Dig

7 end if

8 end for

9 輸出源接入衛(wèi)星s

10 同理可得目的接入衛(wèi)星d

由上可知,節(jié)點(diǎn)間的物理可視性是設(shè)計(jì)衛(wèi)星間鏈路和星地鏈路時(shí)最基本也是最重要的參考因素。在物理可見(jiàn)度的基礎(chǔ)上,衛(wèi)星與地面目標(biāo)的距離越近,衛(wèi)星-地面進(jìn)入的延遲就越短。 它可以保證此時(shí)建立的衛(wèi)星通信鏈路可以持續(xù)一段時(shí)間,不會(huì)瞬間斷開(kāi),導(dǎo)致通信鏈路無(wú)效。 因此,當(dāng)兩個(gè)地面目標(biāo)請(qǐng)求衛(wèi)星通信時(shí),使用此時(shí)最接近兩個(gè)目標(biāo)的低軌道衛(wèi)星作為通信接入衛(wèi)星。具體的實(shí)現(xiàn)方法如算法2所示。

1.3 調(diào)度

調(diào)度問(wèn)題是路由選擇過(guò)程中不可忽視的一點(diǎn)?？紤]到業(yè)務(wù)高速化,多樣化的背景下必須保證不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。所以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的復(fù)雜性,將不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行等級(jí)劃分: A類(lèi)實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)和B類(lèi)非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)。實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高,各種非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)相同,本文簡(jiǎn)單將其劃分為A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)3類(lèi)。

不同業(yè)務(wù)有著不同的QoS需求:實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)要求低時(shí)延、低丟包率等與時(shí)間有關(guān)的要求;非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)僅以完整到達(dá)率作為要求。調(diào)度的目的就是給各種數(shù)據(jù)包排序,確保轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)先級(jí),盡可能多地滿(mǎn)足各種業(yè)務(wù)需求。根據(jù)優(yōu)先級(jí)來(lái)說(shuō),實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)包必須比非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)包先執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)操作,而對(duì)于非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)包,考慮公平的因素可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟迦?即采用輪詢(xún)調(diào)度進(jìn)行數(shù)據(jù)包的排序(算法3),最終得到的即為衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)緩存之中的調(diào)度隊(duì)列,即數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)次序。

算法3具體描述如下:

輸入:當(dāng)前衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)包,A類(lèi)實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù),B類(lèi)非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)(B0,B1,B2)

輸出: 數(shù)據(jù)包調(diào)度隊(duì)列 arr

1 for 所有數(shù)據(jù)包 do

2 if 數(shù)據(jù)包 ∈ A類(lèi) then

3 高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列 ← 數(shù)據(jù)包

4 else if 數(shù)據(jù)包 ∈ B類(lèi) then

5 if 數(shù)據(jù)包 ∈ B0類(lèi) then

6 B0緩存隊(duì)列 ← 數(shù)據(jù)包

7 else if 數(shù)據(jù)包 ∈ B1類(lèi) then

8 B1緩存隊(duì)列 ←數(shù)據(jù)包

9 else if 數(shù)據(jù)包 ∈ B2類(lèi) then

10 B2緩存隊(duì)列 ←數(shù)據(jù)包

11 end if

12 end if

13 end for

14 低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列 = 加權(quán)輪詢(xún)(B0,B1,B2緩存隊(duì)列)

15 總調(diào)度隊(duì)列 arr =[高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列,低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列]

1.4 路由選擇

本文參考Guo等人[16]的思路建立一個(gè)評(píng)估函數(shù)來(lái)進(jìn)行路由的選擇。評(píng)估函數(shù)主要包括延遲因子和損耗因子。

1.4.1 損耗因子

基本思想是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)周期性地產(chǎn)生攜帶路由信息的路由學(xué)習(xí)包,然后廣播給其所有相鄰的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)。鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)其在特定時(shí)間內(nèi)收到的路由學(xué)習(xí)包數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),計(jì)算鏈路的傳輸權(quán)重,選擇最優(yōu)下一跳。具體是每個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)為其鄰居增加一個(gè)滑動(dòng)窗口機(jī)制來(lái)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)路由學(xué)習(xí)包的數(shù)量,而路由學(xué)習(xí)包中有唯一固定不變的序列號(hào)SQ,隨學(xué)習(xí)包產(chǎn)生的先后順序而增大;滑動(dòng)窗口記錄了一段時(shí)間內(nèi)的序列號(hào),如圖4所示,最后時(shí)刻SQ=30,滑動(dòng)窗口收到后在相應(yīng)位置1,此時(shí)滑動(dòng)窗口的尺寸即為30,鏈路的傳輸權(quán)重即為窗口中0的個(gè)數(shù)與總尺寸的比值。此時(shí)損耗因子表示為

圖4 滑動(dòng)窗口

lθ=e(i,j) ×tij。

(5)

式中:e(i,j)代表鏈路的連通性,e(i,j)=1代表鏈路接通,e(i,j)=0表示未接通鏈路。

1.4.2 延時(shí)因子

由上面的定義可知,Dij代表衛(wèi)星i與衛(wèi)星j之間的距離。在小衛(wèi)星組網(wǎng)的條件下,定義初始狀態(tài)下衛(wèi)星之間的最大距離為Dmax,則延時(shí)因子可定義為

d?=e(i,j) ×(Dij/Dmax)。

(6)

當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的路由表項(xiàng)(算法4)具體描述如下:

輸入:鏈路矩陣E,當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i與臨近的節(jié)點(diǎn)j,衛(wèi)星距離的臨界值Dmax

輸出: 節(jié)點(diǎn)路由表

1 for 對(duì)i的所有相鄰節(jié)點(diǎn)jdo

2 計(jì)算損耗因子lθ=e(i,j)×(ti,j

3 計(jì)算衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)i,j之間的距離Dij

4 計(jì)算延時(shí)因子dθ=e(i,j)×((Dij/Dmax)

5 評(píng)估函數(shù)φ=ω1lθ+ω2dθ

6 將函數(shù)值記錄在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的路由表中

7 end for

8 在當(dāng)前衛(wèi)星中存儲(chǔ)路由表值

這樣就算出此節(jié)點(diǎn)到所有相鄰節(jié)點(diǎn)的傳輸權(quán)重,定義為損耗因子,再與延時(shí)因子構(gòu)成評(píng)估函數(shù):

φ=ω1lθ+ω2dθ。

(7)

由此形成的路由表項(xiàng)存儲(chǔ)在此節(jié)點(diǎn)中,即可得出最優(yōu)下一跳節(jié)點(diǎn)。

1.5 路由調(diào)度算法

整個(gè)路由調(diào)度算法表示為轉(zhuǎn)發(fā)就按照調(diào)度隊(duì)列進(jìn)行,實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)包只考慮最優(yōu)的下一跳節(jié)點(diǎn),非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)包可以根據(jù)情況轉(zhuǎn)發(fā)。設(shè)置擁塞度δ等于當(dāng)前的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)除以節(jié)點(diǎn)所能容忍的數(shù)據(jù)包最大長(zhǎng)度,定義閾值a為擁塞狀態(tài),禁止非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)包的進(jìn)入,只允許實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。到達(dá)擁塞狀態(tài)時(shí)非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)包可以選擇次優(yōu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),一步一步地到達(dá)最終的目的節(jié)點(diǎn)。

路由調(diào)度算法(算法5)具體描述如下:

輸入:源節(jié)點(diǎn)s,目的節(jié)點(diǎn)d,中繼節(jié)點(diǎn)r,節(jié)點(diǎn)路由表,調(diào)度隊(duì)列err

輸出: 最優(yōu)下一跳

1 for 調(diào)度列表are do

2 查找路由表尋找最小評(píng)估函數(shù)φ

3 if 最優(yōu)下一跳節(jié)點(diǎn)空閑 then

4 將數(shù)據(jù)包發(fā)送至下一跳節(jié)點(diǎn)

5 else if 擁塞度δ≥athen

6 if 數(shù)據(jù)包 ∈ B類(lèi) then

7 查找路由表尋找次優(yōu)評(píng)估函數(shù)φ

8 將數(shù)據(jù)包發(fā)送給次優(yōu)節(jié)點(diǎn)

9 else

10 將數(shù)據(jù)包發(fā)送至最優(yōu)下一跳節(jié)點(diǎn)

11 end if

12 end if

13 end for

14 return 最優(yōu)下一跳節(jié)點(diǎn)r

所以最終的路由算法(算法6)如下:

輸入:源節(jié)點(diǎn)s,目的節(jié)點(diǎn)d,中繼節(jié)點(diǎn)R

輸出:整個(gè)最優(yōu)路徑

1 fors≠ddo

2R=算法5輸出r

3s=R

4 path.append(R)

5 end for

6 return path

另外,考慮到萬(wàn)一有數(shù)據(jù)包傳輸中鏈路突然斷裂的情況,即衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)運(yùn)行到緯度的閾值70°,衛(wèi)星間的軌間鏈路斷裂。所以考慮完整傳輸數(shù)據(jù)包問(wèn)題,可以規(guī)定衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)到達(dá)緯度65°時(shí)不再進(jìn)行軌間鏈路的數(shù)據(jù)傳輸。衛(wèi)星與地面站之間也存在鏈路,假設(shè)Tld為節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笱訒r(shí),Tlm為數(shù)據(jù)包的最晚傳輸時(shí)間,

Tlm=接觸截止時(shí)間-Tld,

(8)

數(shù)據(jù)包必須在最晚傳輸時(shí)間內(nèi)進(jìn)行傳輸才能完整到達(dá)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)。

備選衛(wèi)星(算法7)具體描述如下:

輸入:星地鏈路的最晚傳輸時(shí)間Tlm

輸出:最新的源衛(wèi)星s′和目的衛(wèi)星d′

1 fori=0 toTlmdo

2s′,d′ = 算法2

3r′ = 算法5

4 path′ = 算法6

5 end for

6 return path′

如果源接入衛(wèi)星和目的接入衛(wèi)星發(fā)生變化,則重新執(zhí)行接入算法,然后按照路由表項(xiàng)選擇最優(yōu)路徑。

2 仿真與分析

通過(guò)衛(wèi)星仿真軟件STK(Satellite Tool Kit)搭建本文所需要的仿真環(huán)境。采用極地軌道,偏心率為0,軌道傾角為87°,系統(tǒng)運(yùn)行周期為7 200 s,仿真總時(shí)長(zhǎng)為兩個(gè)系統(tǒng)周期。

通過(guò)Matlab與STK互聯(lián),生成所需要的小衛(wèi)星系統(tǒng)星座模型。對(duì)于所有的軌內(nèi)鏈路和軌間鏈路,帶寬都設(shè)置為32 MHz,隊(duì)列長(zhǎng)度設(shè)置為100個(gè)數(shù)據(jù)分組的大小,每個(gè)分組的平均大小為1 000 b。本文選取了不同數(shù)量的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量,主要為端到端時(shí)延和數(shù)據(jù)傳輸速率。

圖5顯示了不同的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)下,ARA(Adaptive Routing Algorithm)算法[15]與本實(shí)驗(yàn)算法下不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包的端到端時(shí)延情況。從圖5可以看出,隨著衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增多,ARA算法與本實(shí)驗(yàn)的B類(lèi)數(shù)據(jù)包算法端到端時(shí)延都逐漸增大。這是因?yàn)樵谶x擇下一跳節(jié)點(diǎn)時(shí)要考慮節(jié)點(diǎn)的狀態(tài),衛(wèi)星數(shù)量增多導(dǎo)致對(duì)鏈路的考慮時(shí)間相應(yīng)增大,但相比之下還是本文的算法時(shí)延更小。與實(shí)時(shí)性相關(guān)的A類(lèi)算法優(yōu)先級(jí)最高,鏈路總是優(yōu)先選擇,隨著節(jié)點(diǎn)的增多時(shí)延變化不大,但都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他算法,所以本文算法在端到端時(shí)延方面有著更好的性能。

圖5 端到端平均時(shí)延

圖6給出了各算法在不同衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)中吞吐量的變化關(guān)系,可以看出隨著衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的增多,本算法在A類(lèi)數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程中保持著穩(wěn)定的吞吐量。這是由于在相同源地點(diǎn)和目的地點(diǎn)的傳輸路徑下,雖然中間傳輸?shù)男l(wèi)星在改變,但路徑方位基本保持不變。另外,對(duì)非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù),考慮負(fù)載的變化和流量的擁塞,衛(wèi)星數(shù)增多會(huì)導(dǎo)致吞吐量的減弱,但B類(lèi)數(shù)據(jù)包算法的平均吞吐量比ARA算法的吞吐量還略高,所以本文算法有著較好的性能。仿真結(jié)果證明了本文算法的正確性和有效性。

圖6 平均吞吐量

3 結(jié)束語(yǔ)

在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中,一個(gè)良好的網(wǎng)絡(luò)模型才是算法優(yōu)化過(guò)程的基礎(chǔ),故本文首先綜合小衛(wèi)星的優(yōu)勢(shì)建立起整個(gè)的小衛(wèi)星星座結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),然后提出了基于調(diào)度的小衛(wèi)星路由優(yōu)化算法,充分考慮業(yè)務(wù)量巨大的因素,保證業(yè)務(wù)的利用率。通過(guò)評(píng)估鏈路權(quán)重進(jìn)行選路,實(shí)時(shí)路由獲取最優(yōu)路徑,有效解決了全局網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)改變的難題。本文方法在時(shí)延方面有著良好表現(xiàn),為實(shí)際場(chǎng)景中路由的優(yōu)化方面提供了重要的參考。

下一步工作將從多方面考慮時(shí)間的變化和業(yè)務(wù)的需求,研究更加強(qiáng)大的優(yōu)化算法。