針對低軌物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星系統(tǒng)的路由問題,提出了基于流量預(yù)測的物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星節(jié)點動態(tài)緩存分配路由策略。首先,分析低軌衛(wèi)星覆蓋區(qū)域內(nèi)業(yè)務(wù)分布的時空特性,提出了端到端流量預(yù)測方法。然后,根據(jù)流量預(yù)測結(jié)果,提出了動態(tài)緩存分配路由策略。衛(wèi)星節(jié)點通過對星間鏈路的流量負(fù)載進(jìn)行周期性監(jiān)測,動態(tài)分配與鄰居節(jié)點間各條星間鏈路的緩存資源,分為初始化和系統(tǒng)運行2個階段。同時,提出了節(jié)點擁塞時的業(yè)務(wù)分流及數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)策略,通過比較排隊時延和轉(zhuǎn)發(fā)時延的大小,決定數(shù)據(jù)分組是否需要進(jìn)行重路由。仿真結(jié)果表明,所提路由策略有效地降低了分組丟失率及平均端到端時延,改善了業(yè)務(wù)在全網(wǎng)的分布情況。 

【文章來源】：通信學(xué)報. 2020,41(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

節(jié)點業(yè)務(wù)流量隨時間的變化函數(shù)3.2流量預(yù)測方法

α為通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的流量比例；γ為隨時間變化的業(yè)務(wù)比例，范圍為[0,1]。圖3節(jié)點業(yè)務(wù)流量隨時間的變化函數(shù)3.2流量預(yù)測方法3.1節(jié)中給出了地球表面區(qū)域的劃分方法，以及各區(qū)域業(yè)務(wù)流量的表示方法。本節(jié)將基于該業(yè)務(wù)流量表示方法，提出任意2顆衛(wèi)星節(jié)點之間的流量預(yù)測方法。根據(jù)圖1中的示意，衛(wèi)星節(jié)點的業(yè)務(wù)流量分為兩部分，即地面節(jié)點的業(yè)務(wù)流量以及鄰居衛(wèi)星節(jié)點流入的業(yè)務(wù)流量。1)地面節(jié)點的業(yè)務(wù)流量在本文提出的流量預(yù)測方法中，首先基于虛擬衛(wèi)星節(jié)點的位置坐標(biāo)，將圖2中的每塊區(qū)域分配給離其最近的虛擬衛(wèi)星節(jié)點iV，并將iV的總星地流量定義為iJ，將虛擬衛(wèi)星節(jié)點iV與jV之間的流量定義為ijJ。iJ及ijJ的計算式分別為inJ=∑C(2),lenlenkjijijikVVkiikJJJJ∈≠=∑(3)式(2)的含義為每顆虛擬衛(wèi)星節(jié)點的總星地流量是覆蓋范圍內(nèi)的流量之和。式(3)中l(wèi)enij為iV和jV之間的球面距離。在式(3)中，節(jié)點iV與節(jié)點jV之間的潛在流量受以下因素的影響：網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的星地流量的大孝節(jié)點iV與節(jié)點jV間的球面距離以及節(jié)點iV和其他節(jié)點間的球面距離。其含義在于，當(dāng)2個節(jié)點各自的星地流量越大且2個節(jié)點的球面距離越近時，這2個節(jié)點間可能發(fā)生的業(yè)務(wù)交換就越多；反之，當(dāng)2個節(jié)點的星地流量越小且2個節(jié)點的球面距離越遠(yuǎn)時，這2個節(jié)點間可能發(fā)生的業(yè)務(wù)交換概率越校由式(3)可以看出，節(jié)點Vi和Vj之間的流量與各自節(jié)點的總星地流量成正比，與兩節(jié)點的球面距離成反比。由此，可以得到網(wǎng)絡(luò)初始化狀態(tài)?

其中，kiJχ為鄰居節(jié)點發(fā)往本節(jié)點的新業(yè)務(wù)流量。由此可得avg()rkkkkiPQQQJBtαχθ=(14)因此，鄰居節(jié)點的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)比例為newavgkikiJJχχ=。此外，本文采用的數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)策略思想為：根據(jù)數(shù)據(jù)分組的下一跳節(jié)點判斷該數(shù)據(jù)分組的排隊時延，若排隊時延小于重路由帶來的額外時延，則將該數(shù)據(jù)分組置于緩存隊列中進(jìn)行排隊；若排隊時延大于重路由后的排隊時延與額外跳數(shù)帶來的額外時延之和，則對該數(shù)據(jù)分組進(jìn)行重路由，即更換傳輸路徑。該數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)策略如圖4所示。源節(jié)點與目的節(jié)點間原定的傳輸路徑為實現(xiàn)路徑，其時延為1dt+t，更換路徑后的時延為2343dt+t+t+t，其中1234t、t、t、t分別為各節(jié)點在路由方向上的排隊時延，dt為星間鏈路傳輸時延。源節(jié)點通過軌道代言人分發(fā)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，判斷排隊時延1dt+t與換路時延2343dt+t+t+t的大小，決定數(shù)據(jù)分組是否要更換傳輸路徑。圖4數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)策略5仿真與評估本節(jié)基于NS3仿真軟件對所提路由策略的性能進(jìn)行仿真。NS3軟件是一款面向網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的離散時間仿真軟件，在路由策略的仿真評估中得到較多應(yīng)用。本文在仿真中采用銥星系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，低軌衛(wèi)星軌道高度為780km，軌道面?zhèn)�數(shù)為6個，每軌道面有11顆衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星與同軌道面內(nèi)上下2顆衛(wèi)星及異軌道面間左右2顆衛(wèi)星建立星間鏈路，反向縫兩側(cè)的衛(wèi)星不建立異軌道面間星間鏈路。在仿真中，將南北緯70°~90°的區(qū)域設(shè)定為極區(qū)，由于該區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星相對運行速度大，在該區(qū)域內(nèi)關(guān)閉異軌道面間星間鏈路。星間鏈路容量設(shè)定為25Mbit/s

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景、業(yè)務(wù)特點和技術(shù)挑戰(zhàn)[J]. 沈俊,高衛(wèi)斌,張更新.  電信科學(xué). 2019(05)



本文編號：3263085