本發(fā)明涉及一種應用于低軌信息網(wǎng)的最優(yōu)網(wǎng)絡效益時延約束路由方法設計。
背景技術:
對于低軌信息網(wǎng)絡,面向業(yè)務qos和網(wǎng)絡流量均衡的路由是提高網(wǎng)絡效率和可用性的關鍵,這時網(wǎng)絡層協(xié)議通過路徑?jīng)Q策對業(yè)務及網(wǎng)絡qos起到關鍵作用,路徑選擇既可直接決定承載業(yè)務流的qos,又對網(wǎng)絡鏈路中的流量分布具有形成作用。
上述路徑選擇需要相應的最優(yōu)約束路由,即針對業(yè)務qos指標和網(wǎng)絡性能指標的最優(yōu)化和滿足約束的尋路,稱之為qos路由。qos路由算法依據(jù)網(wǎng)絡可用資源、鏈路狀態(tài)和業(yè)務qos需求尋找可用路徑,通過在路徑搜索過程中設置qos參數(shù)閾值約束條件或優(yōu)化準則,為有嚴格、特定的帶寬、時延等服務質量參數(shù)要求的業(yè)務獲取符合特定服務質量要求的傳輸路徑,并通過在路徑上實施資源預留,在業(yè)務傳輸過程中持續(xù)嚴格保證業(yè)務服務質量。
qos路由在地面網(wǎng)絡中已發(fā)展較為成熟,但在具有時變拓撲且業(yè)務分布不均衡的動態(tài)低軌衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)中,傳統(tǒng)的基于rsvp資源預留的時延qos約束路由技術無法提供嚴格的時延約束qos保障。首先,低軌衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)網(wǎng)絡的網(wǎng)絡拓撲結構與用戶接入關系時變,鏈路建立時間及鏈路容量存在抖動,并由上述因素綜合形成網(wǎng)絡流量分布快速變化,導致網(wǎng)絡傳輸路徑qos性能不穩(wěn)定,而實時業(yè)務流需要網(wǎng)絡提供持續(xù)、穩(wěn)定的網(wǎng)絡傳輸路徑及帶寬資源。其次,如前所述,為減少qos重路由及rsvp資源預留信令開銷,減小路徑建立等待時延,需要采用rsvp聚合模型,某些短時流或小流量業(yè)務流直接使用已形成的qos路徑傳輸通道,頻繁的星地切換導致聚合流的構成動態(tài)變化,形成非預測性的業(yè)務突發(fā)及平均速率上升,傳輸通道上的資源需求量可能在短期內超出資源預留量,影響業(yè)務流時延約束qos性能。另外,全球業(yè)務分布不均衡,且隨著衛(wèi)星網(wǎng)與地球的相對運動變化,當網(wǎng)絡負載水平較高時,易形成大面積近飽和或飽和鏈路,甚至形成動態(tài)的鏈路擁塞,路徑上業(yè)務時延約束qos性能受動態(tài)變化影響的概率增加。上述因素共同作用使低軌衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)業(yè)務流的時延qos需求與路徑的qos性能易發(fā)生失配,導致路徑不能持續(xù)保證實時業(yè)務流時延約束的帶寬需求,實時業(yè)務的時延qos中斷率上升,網(wǎng)絡總體效益下降。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的不足,提出了一種低軌信息網(wǎng)絡最優(yōu)網(wǎng)絡效益時延約束路由方法,該方法提高網(wǎng)絡承載實時聚合業(yè)務流的總體效益。
本發(fā)明的技術解決方案是:一種低軌信息網(wǎng)絡最優(yōu)網(wǎng)絡效益時延約束路由方法,包括源節(jié)點的步驟、中間節(jié)點的步驟和目的節(jié)點的步驟,具體如下:
(1)、源節(jié)點的步驟:
(1.1)、源節(jié)點接收到業(yè)務流f的路徑請求信息后,從路徑請求信息中提取出源節(jié)點、目的節(jié)點、業(yè)務流標識、業(yè)務流信息chf、業(yè)務流帶寬需求信息,增加rdp發(fā)送時間戳,所述rdp發(fā)送時間戳為當前全網(wǎng)統(tǒng)一時間,預留路徑節(jié)點記錄空間及路徑路由量度屬性記錄空間,生成rdp數(shù)據(jù)包,并發(fā)送給該節(jié)點的所有鄰居節(jié)點;默認為所述鄰居節(jié)點為中間節(jié)點,鄰居節(jié)點收到rdp數(shù)據(jù)包之后,進入步驟(2);
(1.2)、源節(jié)點等待路徑應答rrp數(shù)據(jù)包,若在預定的時間內收到rrp數(shù)據(jù)包,則從rrp數(shù)據(jù)包中提取出有效傳輸路徑,檢查資源預留的有效性,若有效,則沿該有效傳輸路徑發(fā)送業(yè)務流f,否則,拒絕該業(yè)務流;若在預定的時間內未收到rrp數(shù)據(jù)包,則拒絕該業(yè)務流;
(2)、中間節(jié)點的步驟:
(2.1)、根據(jù)rdp數(shù)據(jù)包中的目的節(jié)點是否為本節(jié)點的節(jié)點號來判斷本節(jié)點是否是業(yè)務流f的目的節(jié)點,如果是,則跳轉至步驟(3.1)執(zhí)行目的節(jié)點的步驟,如果不是,則認為本節(jié)點為中間節(jié)點,進入步驟(2.2);
(2.2)、解析rdp數(shù)據(jù)包中的內容,通過是否收到過源節(jié)點、目的節(jié)點、業(yè)務標識三元組完全相同的rdp,檢測該rdp數(shù)據(jù)包是否重復數(shù)據(jù)包,若相同,則認為收到了重復的rdp數(shù)據(jù)包,丟棄該rdp數(shù)據(jù)包,不做任何處理,否則,進入步驟(2.3);
(2.3)、計算該節(jié)點的最小帶寬資源數(shù)量需求
(2.4)、尋找所有滿足時延約束最優(yōu)網(wǎng)絡效益路由算法的鏈路,并計算所述鏈路上的路由量度,將本節(jié)點號存入rdp數(shù)據(jù)包中預留的路徑節(jié)點記錄空間,將相應鏈路的路由量度存入路徑路由量度屬性記錄空間,變更rdp發(fā)送時間戳,更新rdp數(shù)據(jù)包,并將更新后的rdp數(shù)據(jù)包沿滿足時延約束最優(yōu)網(wǎng)絡效益路由算法的鏈路轉發(fā)至下一節(jié)點,下一節(jié)點收到rdp數(shù)據(jù)包之后,跳轉至步驟(2),執(zhí)行中間節(jié)點的步驟,如果沒有一條滿足時延約束最優(yōu)網(wǎng)絡效益路由算法的鏈路,則將該rdp數(shù)據(jù)包丟棄;
(2.5)、等待rrp數(shù)據(jù)包,當該中間節(jié)點接收到rrp數(shù)據(jù)包時,說明該節(jié)點為業(yè)務流f的最終確定的有效路徑pf的組成節(jié)點,根據(jù)rrp數(shù)據(jù)包中記載的該節(jié)點對應的業(yè)務流帶寬需求,實施資源預留,并將該rrp數(shù)據(jù)包發(fā)送至有效路徑pf的上游鄰居節(jié)點,上游鄰居節(jié)點根據(jù)其是源節(jié)點或者中間節(jié)點執(zhí)行相應的步驟;
(3)、目的節(jié)點的步驟:
(3.1)、接收并存儲rdp數(shù)據(jù)包,提取一定時間范圍內所有接收rdp數(shù)據(jù)包中的路由量度屬性,選擇路由量度屬性最大的rdp數(shù)據(jù)包,該rdp數(shù)據(jù)包中的路徑節(jié)點信息即為有效路徑pf,提取有效路徑pf及其相應的路由量度屬性,生成rrp數(shù)據(jù)包,并根據(jù)rrp數(shù)據(jù)包中的路徑節(jié)點信息,發(fā)送給有效路徑pf的上游節(jié)點,上游鄰居節(jié)點根據(jù)其是源節(jié)點或者中間節(jié)點執(zhí)行相應的步驟。
所述步驟(3.1)中一定時間范圍設置為源節(jié)點到目的節(jié)點的基準路徑延時的2倍以上。
步驟(2.2)采用時延約束最優(yōu)網(wǎng)絡效益路由算法尋找所有滿足時延約束最優(yōu)網(wǎng)絡效益路由算法的鏈路并計算所述鏈路上的路由量度,具體為:當節(jié)點為路徑pf上的第k個節(jié)點時,k≥1,針對第k個節(jié)點到其鄰居節(jié)點的每一條鏈路e作如下處理:
(2.2.1)、判斷從第k個節(jié)點到其鄰居節(jié)點的鏈路e是否滿足第一路徑剪枝葉約束
(2.2.2)、計算鏈路e相對于路徑pf的時延約束可靠性參數(shù)
(2.2.3)、根據(jù)時延約束可靠性參數(shù)
路徑pf上的第k個節(jié)點的最小帶寬資源數(shù)量需求
式中,σf表示業(yè)務流f的最大突發(fā)數(shù)據(jù)長度;ρf表示業(yè)務流f的平均到達速率;
所述步驟(2.2.2)中計算鏈路e相對于路徑pf的時延約束可靠性參數(shù)
所述(2.2.3)業(yè)務流f在鏈路e上的路由量度
式中,
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有益效果為:
(1)、本發(fā)明通過建立使時延約束網(wǎng)絡效益期望最大化的傳輸路徑,在低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡動態(tài)環(huán)境下,提高所選路徑持續(xù)滿足傳輸業(yè)務流時延約束的概率,從而提高網(wǎng)絡承載實時聚合業(yè)務流的總體效益;
(2)、本發(fā)明根據(jù)低軌道衛(wèi)星通信網(wǎng)絡特殊的鏈路動態(tài)特性,建立路徑時延約束可靠性評估模型,評估新路徑的時延約束可靠性以及與當前路徑時延約束qos的可靠性干擾關系;
(3)、本發(fā)明借鑒自干擾系統(tǒng)容量優(yōu)化的思想,基于路徑時延約束可靠性參數(shù)建立當前網(wǎng)絡效用期望最大化的路徑優(yōu)化目標,使路徑選擇同時考慮呼叫業(yè)務流的時延約束服務質量與其對在網(wǎng)業(yè)務流時延約束服務質量導致的干擾,綜合衡量所選路徑對網(wǎng)絡效益的作用,以最大化滿足時延約束qos的網(wǎng)絡效益為準則,均衡網(wǎng)絡流量分布;
(4)、本發(fā)明設置路徑準入控制準則,適度控制網(wǎng)絡鏈路流量水平,從而在動態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境中保護網(wǎng)絡總體效益,若經(jīng)評估呼叫業(yè)務流使用某路徑將導致網(wǎng)絡效用期望下降,則認為使用該路徑可能導致網(wǎng)絡損失大于收益,在路徑搜索過程排除該路徑;
(5)、本發(fā)明采用動態(tài)網(wǎng)絡常用的反應式洪泛路由策略,以減小網(wǎng)絡鏈路qos狀態(tài)信息更新的開銷并提高鏈路狀態(tài)信息的準確性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明低軌信息網(wǎng)的最優(yōu)網(wǎng)絡效益時延約束路由方法的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖與具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明提供了一種低軌信息網(wǎng)絡最優(yōu)網(wǎng)絡效益時延約束路由方法,該方法基于rsvp流聚合服務模型,通過建立使時延約束網(wǎng)絡效益期望最大化的傳輸路徑,在低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡動態(tài)環(huán)境下,提高所選路徑持續(xù)滿足傳輸業(yè)務流時延約束的概率,從而提高網(wǎng)絡承載實時聚合業(yè)務流的總體效益。
下面介紹源節(jié)點的步驟、中間節(jié)點的步驟和目的節(jié)點的步驟。
1、源節(jié)點
業(yè)務流f的接入衛(wèi)星節(jié)點為源節(jié)點,當源節(jié)點收到業(yè)務流f路徑請求信息后,將:
(1.1)生成rdp數(shù)據(jù)包
rdp(routedetectingpacket)表示路徑探測數(shù)據(jù)包,所述rdp數(shù)據(jù)包包括源節(jié)點,目的節(jié)點,業(yè)務流標識f、rdp發(fā)送時間戳、業(yè)務流信息chf,業(yè)務流帶寬需求信息,路徑節(jié)點記錄空間及路徑路由量度屬性記錄空間,其中,
源節(jié)點接收到業(yè)務流f的路徑請求信息后,從路徑請求信息中提取出源節(jié)點、目的節(jié)點、業(yè)務流標識f、業(yè)務流信息chf、業(yè)務流帶寬需求信息,增加rdp發(fā)送時間戳,所述rdp發(fā)送時間戳為當前全網(wǎng)統(tǒng)一時間,預留路徑節(jié)點記錄空間及路徑路由量度屬性記錄空間,生成rdp數(shù)據(jù)包。所述業(yè)務流信息chf和rdp數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)格式分別見表1和表2:
表1業(yè)務流信息chf
表2rdp數(shù)據(jù)包
上表中,rdp發(fā)送時間戳為發(fā)送該rdp數(shù)據(jù)包時的全網(wǎng)統(tǒng)一時間,源節(jié)點端預留的路徑節(jié)點記錄空間及路徑路由量度屬性記錄空間為固定字0xff。
(1.2)、通過源節(jié)點每個鄰居鏈路,將rdp數(shù)據(jù)包發(fā)到鄰居節(jié)點上;
(1.3)、啟動該業(yè)務對應的rdp定時器,等待rrp數(shù)據(jù)包,針對源節(jié)點y、業(yè)務f的定時器記為定時器yf,定時器設定的時間為經(jīng)驗參數(shù),一般通過實際測量一條消息從源節(jié)點到目的節(jié)點的時間得到。若在預定的時間內收到rrp數(shù)據(jù)包,則從rrp數(shù)據(jù)包中提取出有效傳輸路徑,檢查資源預留的有效性,若有效,則業(yè)務路徑建立,開始沿已建立的有效傳輸路徑發(fā)送業(yè)務流f,否則,拒絕該業(yè)務流,不作任何處理;若在預定的時間內(即定時器yf超時前)沒有收到rrp數(shù)據(jù)包,則拒絕該業(yè)務流,不作任何處理。
所述rrp(routerespondingpacket)表示路徑應答數(shù)據(jù)包。rrp數(shù)據(jù)包的格式見表3:
表3rrp數(shù)據(jù)包
上表中,所述路徑節(jié)點記錄空間:依次存儲從源節(jié)點到目的節(jié)點有效路徑上的所有節(jié)點的編號;路徑路由量度屬性記錄空間:與路徑節(jié)點記錄空間對應,用來依次存儲從源節(jié)點到目的節(jié)點有效路徑上的所有節(jié)點路由度量屬性。
源節(jié)點通過如下方式檢查資源預留的有效性:首先,從rrp數(shù)據(jù)包業(yè)務流帶寬需求空間提取源節(jié)點對應的預留帶寬,判斷預留帶寬是否超過業(yè)務流帶寬需求,超過了,則認為資源預留有效,否則,資源預留無效。
2.中間節(jié)點
當網(wǎng)絡中的衛(wèi)星路由節(jié)點n收到rdp數(shù)據(jù)包,首先,該節(jié)點會執(zhí)行如下步驟:
(2.1)、根據(jù)rdp數(shù)據(jù)包中的目的節(jié)點是否為本節(jié)點的節(jié)點號來判斷本節(jié)點是否是業(yè)務流f的目的節(jié)點,如果是,則跳轉至步驟(3.1)執(zhí)行目的節(jié)點的步驟,如果不是,則認為本節(jié)點為中間節(jié)點,執(zhí)行步驟(2.2);
(2.2)、解析rdp數(shù)據(jù)包中的內容,通過是否收到過源節(jié)點、目的節(jié)點、業(yè)務標識三元組完全相同的rdp,檢測該rdp數(shù)據(jù)包是否重復數(shù)據(jù)包,若相同,則認為收到了重復的rdp數(shù)據(jù)包,丟棄該rdp數(shù)據(jù)包,不做任何處理,否則,執(zhí)行步驟(2.3);
(2.3)、計算該節(jié)點的最小帶寬資源數(shù)量需求
一般情況下,整個路徑pf上的最小帶寬資源數(shù)量需求g*(pf),計算公式為:
式中:σf表示業(yè)務流f的最大突發(fā)數(shù)據(jù)長度,ρf表示業(yè)務流f的平均到達速率,
以路徑pf中的第k個節(jié)點為例,因路徑pf當前僅能獲知前k個節(jié)點,算法中使用
式中,σf、ρf、
(2.4)、采用時延約束最優(yōu)網(wǎng)絡效益路由算法,尋找所有滿足時延約束最優(yōu)網(wǎng)絡效益路由算法的鏈路,并計算所述鏈路上的路由量度,將本節(jié)點號存入rdp數(shù)據(jù)包中預留的路徑節(jié)點記錄空間,將相應鏈路的路由量度存入路徑路由量度屬性記錄空間,變更rdp發(fā)送時間戳,更新rdp數(shù)據(jù)包,并將更新后的rdp數(shù)據(jù)包沿滿足時延約束最優(yōu)網(wǎng)絡效益路由算法的鏈路轉發(fā)至下一節(jié)點,如果沒有一條滿足時延約束最優(yōu)網(wǎng)絡效益路由算法的鏈路,則將該rdp數(shù)據(jù)包丟棄,具體為:
(2.4.1)、判斷從第k個節(jié)點到其鄰居節(jié)點的鏈路e是否滿足第一路徑剪枝葉約束
(2.4.2)、計算鏈路e相對于路徑pf的時延約束可靠性參數(shù)
鏈路e相對于路徑pf的時延約束可靠性參數(shù)
這里定義:在t時刻,設路徑pf其它參數(shù)保持不變,鏈路e可在時間區(qū)間
一般鏈路e上有多條業(yè)務流,根據(jù)中心極限定理,多業(yè)務流疊加后服從正態(tài)分布,根據(jù)業(yè)務流參數(shù)比較容易計算該正態(tài)分布的均值和方差,根據(jù)正態(tài)分布表也較易查得其累計分布大于某個值的概率,從而得到
(2.4.3)、根據(jù)時延約束可靠性參數(shù)
路由量度uf(pf)為業(yè)務流經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸所形成的效益函數(shù),該函數(shù)表達了業(yè)務流f經(jīng)路徑pf在網(wǎng)絡中傳輸所形成的網(wǎng)絡效益。
業(yè)務流f在鏈路e上的路由量度
式中,
(2.4.4)、檢查鏈路e是否滿足第二路徑剪枝約束:
(2.4.5)、將本節(jié)點存入rdp數(shù)據(jù)包中預留的路徑節(jié)點記錄空間,將鏈路e的路由量度
(2.5)、等待rrp數(shù)據(jù)包,當網(wǎng)絡中的衛(wèi)星路由節(jié)點n收到rrp數(shù)據(jù)包后,說明該節(jié)點作為業(yè)務流f的路徑pf的組成節(jié)點,這時,節(jié)點將實施資源預留(實際預留資源可小于業(yè)務流帶寬需求,但應大于
(3)、目的節(jié)點的步驟:
(3.1)、接收到源節(jié)點、目的節(jié)點、業(yè)務標識三元組標識的第一個rdp數(shù)據(jù)包時,開始啟動定時器df,在定時器df計時時間內,收到的rdp數(shù)據(jù)包中存儲的路徑即為滿足路由約束的有效路徑,且該rdp包中的路徑路由量度即為整條路徑的最優(yōu)化量度,存儲接收到的rdp數(shù)據(jù)包,直到定時器df超時,丟棄后續(xù)收到的所有該標識的rdp數(shù)據(jù)包,進入步驟(3.2),所述定時器df的超時時間設置源節(jié)點到目的節(jié)點的基準路徑延時的2倍以上,所述基準路徑延時通過測試得到。
(3.2)、提取所有接收rdp數(shù)據(jù)包中的路由量度屬性,從存儲單元中選擇路由量度屬性最大的rdp數(shù)據(jù)包,所述路由量度屬性最大的rdp數(shù)據(jù)包通過比較存儲單元中每個rdp數(shù)據(jù)包中的路由量度屬性最小值確定,即路由量度屬性最小值最大的rdp數(shù)據(jù)包中的路徑節(jié)點信息為有效路徑pf,生成rrp數(shù)據(jù)包,沿該路徑的反向路徑實施路徑確認及資源預留,并根據(jù)rdp數(shù)據(jù)包中的路徑節(jié)點信息,發(fā)送給有效路徑pf的上游節(jié)點。生成rrp數(shù)據(jù)包。
本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。