基于多Agent系統(tǒng)的LEO衛(wèi)星網絡路由算法研究.pdf

1、下一代互聯(lián)網的發(fā)展趨勢是融合空天地一體化的綜合信息網絡，而衛(wèi)星網絡則是其中非常重要的組成部分。低軌衛(wèi)星網絡因其空間損耗小，傳輸時延低等特點，逐漸成為了當前的研究熱點。想要實現衛(wèi)星網絡信息的高效性傳輸，首先需要面對的就是路由問題。在具有星間鏈路的LEO衛(wèi)星網絡中，設計和實現最優(yōu)的路由算法是非常重要的研究內容。
　　傳統(tǒng)的LEO衛(wèi)星網絡路由算法通過離散化處理，將動態(tài)的衛(wèi)星網絡拓撲轉化為一系列靜態(tài)拓撲，將地面已有成熟路由算法進行移植達到

2、路由的目的。這種方法考慮到了衛(wèi)星網絡對于已有技術的繼承，但其適應性差的特點也同樣在研究中暴露出來。因此國內外的學者轉而將研究的重點轉向自適應路由，由于LEO網絡的切換影響及優(yōu)化目標的多樣性，很多研究成果難以體系化及相互比較。本文針對這些問題，對LEO衛(wèi)星網絡的路由問題進行了深入且詳細的分析，結合多Agent系統(tǒng)從不同的角度對該問題進行了研究，并得到了一些具有積極意義和參考價值的方法和結論?？傮w來說，本文主要研究了如下幾個問題：
　

3、　第一，現有的LEO衛(wèi)星網絡自適應路由算法往往采用貪婪機制，這與網絡性能最優(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構。本文從多Agent系統(tǒng)的角度出發(fā)，對基于智能的LEO衛(wèi)星網絡最優(yōu)路由算法進行了研究，設計了算法的組成元素，改進了算法的主要流程，并對算法的特征和優(yōu)點進行了闡述，為后文的研究打下了堅實的基礎。
　　第二，目前LEO衛(wèi)星網絡往往采用單路徑路由算法，當衛(wèi)星網絡拓撲發(fā)生變化時，算法需要面對因星

4、間鏈路頻繁斷裂和恢復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性能和提供更多的聚合帶寬，更加適合全球覆蓋且網絡拓撲頻繁變化的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探索網絡，反向Agent更新路徑消息；節(jié)點Agent利用黑板實現了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)星網絡的拓撲變化。
　　第三，針對

5、LEO衛(wèi)星網絡負載均衡路由算法不夠完善的問題，提出了一種具有流量預測的負載均衡路由算法。對于全球覆蓋或衛(wèi)星星下點地區(qū)業(yè)務突變的LEO衛(wèi)星系統(tǒng)，網絡的動態(tài)性不僅體現在拓撲的變化，同樣也體現在業(yè)務流量的動態(tài)變化。本文提出的負載均衡路由算法通過徑向基神經網絡對網格化后的地表業(yè)務進行預測并獲得修正因子，預測Agent利用修正因子指導星上的路由策略，通過動態(tài)的調整衛(wèi)星之間的傳輸數據，有效的克服了因LEO衛(wèi)星網絡業(yè)務分布不均衡帶來的路由影響。

6、>　　第四，對于支持多業(yè)務、多需求混合業(yè)務的LEO衛(wèi)星網絡而言，傳統(tǒng)的精確路由算法往往無法在有效時間內獲得網絡最優(yōu)解。這是因為具有多個約束條件的QoS路由問題是NPC類問題，求解時間會隨著網絡規(guī)模的擴大而爆炸式增長。針對這個問題，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、斷路恢復和衛(wèi)星切換管理等幾個子任務，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QoS的多條路徑，而