基于多Agent系統(tǒng)的LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法研究.pdf

1、下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)是融合空天地一體化的綜合信息網(wǎng)絡(luò)，而衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)則是其中非常重要的組成部分。低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)因其空間損耗小，傳輸時(shí)延低等特點(diǎn)，逐漸成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。想要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)信息的高效性傳輸，首先需要面對(duì)的就是路由問題。在具有星間鏈路的LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的路由算法是非常重要的研究?jī)?nèi)容。
　　傳統(tǒng)的LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法通過離散化處理，將動(dòng)態(tài)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滢D(zhuǎn)化為一系列靜態(tài)拓?fù)?，將地面已有成熟路由算法進(jìn)行移植達(dá)到

2、路由的目的。這種方法考慮到了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)對(duì)于已有技術(shù)的繼承，但其適應(yīng)性差的特點(diǎn)也同樣在研究中暴露出來。因此國(guó)內(nèi)外的學(xué)者轉(zhuǎn)而將研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向自適應(yīng)路由，由于LEO網(wǎng)絡(luò)的切換影響及優(yōu)化目標(biāo)的多樣性，很多研究成果難以體系化及相互比較。本文針對(duì)這些問題，對(duì)LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由問題進(jìn)行了深入且詳細(xì)的分析，結(jié)合多Agent系統(tǒng)從不同的角度對(duì)該問題進(jìn)行了研究，并得到了一些具有積極意義和參考價(jià)值的方法和結(jié)論。總體來說，本文主要研究了如下幾個(gè)問題：
　

3、　第一，現(xiàn)有的LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由算法往往采用貪婪機(jī)制，這與網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)化是相悖的，而基于智能的路由算法不具有統(tǒng)一的理論，難以形成體系化的結(jié)構(gòu)。本文從多Agent系統(tǒng)的角度出發(fā)，對(duì)基于智能的LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)路由算法進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了算法的組成元素，改進(jìn)了算法的主要流程，并對(duì)算法的特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了闡述，為后文的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　第二，目前LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)往往采用單路徑路由算法，當(dāng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，算法需要面對(duì)因星

4、間鏈路頻繁斷裂和恢復(fù)而造成的重路由問題。與單路徑路由算法相比，多路徑路由具有更好的容錯(cuò)性能和提供更多的聚合帶寬，更加適合全球覆蓋且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化的LEO衛(wèi)星系統(tǒng)。本文提出的基于多Agent系統(tǒng)的多路徑路由算法，采用前向Agent探索網(wǎng)絡(luò)，反向Agent更新路徑消息；節(jié)點(diǎn)Agent利用黑板實(shí)現(xiàn)了Agent之間的直接交流，加快了算法的收斂速度；單路徑探索、多路徑更新的方式使得算法能夠快速跟蹤LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓?br>　　第三，針對(duì)

5、LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡路由算法不夠完善的問題，提出了一種具有流量預(yù)測(cè)的負(fù)載均衡路由算法。對(duì)于全球覆蓋或衛(wèi)星星下點(diǎn)地區(qū)業(yè)務(wù)突變的LEO衛(wèi)星系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性不僅體現(xiàn)在拓?fù)涞淖兓瑯右搀w現(xiàn)在業(yè)務(wù)流量的動(dòng)態(tài)變化。本文提出的負(fù)載均衡路由算法通過徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)格化后的地表業(yè)務(wù)進(jìn)行預(yù)測(cè)并獲得修正因子，預(yù)測(cè)Agent利用修正因子指導(dǎo)星上的路由策略，通過動(dòng)態(tài)的調(diào)整衛(wèi)星之間的傳輸數(shù)據(jù)，有效的克服了因LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分布不均衡帶來的路由影響。

6、>　　第四，對(duì)于支持多業(yè)務(wù)、多需求混合業(yè)務(wù)的LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)而言，傳統(tǒng)的精確路由算法往往無法在有效時(shí)間內(nèi)獲得網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)解。這是因?yàn)榫哂卸鄠€(gè)約束條件的QoS路由問題是NPC類問題，求解時(shí)間會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大而爆炸式增長(zhǎng)。針對(duì)這個(gè)問題，本文提出了基于多Agent系統(tǒng)的QoS路由算法，將QoS路由問題劃分為路徑建立、路徑維持和探索、斷路恢復(fù)和衛(wèi)星切換管理等幾個(gè)子任務(wù)，并分配給不同的智能Agent完成。算法不僅能夠獲得保障業(yè)務(wù)QoS的多條路徑，而