"Academic Paper" Etkin ve dinamik bir LEO uydu ağı trafik düzenleme yönlendirme algoritması
Özet:
Yük dengelemeyi dikkate alan LEO uydu ağı yönlendirme algoritmasının problemlerini çözmek için, kontrol ağı ek yükü çok büyük, yönlendirme güncellemesi zamanında değil ve akış ayarlama mekanizması eşit olmayan şekilde dağıtılmış.Yük dengelemeye dayalı dinamik bir LEO uydu ağı yönlendirme algoritması, DRLB önerilmiştir. Dinamik uydu topolojisini elde etmek için uydu düğüm yolu kayıt bilgilerine ve geriye dönük Ajan okuma stratejisine göre yeni bir yönlendirme mekanizması tasarlayın; iletme Aracının paket formatını analiz edin ve ağ ek yükünü azaltmak için gereksiz alanları silin; veri iletim zaman aralığına göre Yönlendirme güncelleme verimliliğini iyileştirmek için bir ileri aracı konum stratejisi oluşturun Uydunun enlemindeki trafiğin dengesiz dağılımını göz önünde bulundurarak, daha iyi bir yük dengeleme etkisi elde etmek için trafik ayarlama faktörü iyileştirilir. Simülasyon sonuçları, SDRZ-MA algoritmasına kıyasla, DRLB algoritmasının uydu ile yer arasındaki kontrol ek yükünü ve ortalama uçtan uca gecikmeyi azaltmada daha iyi avantajlara sahip olduğunu göstermektedir.
Çince alıntı biçimi: Luo Yonghua, Wu Jiawei.Etkili ve dinamik bir LEO uydu ağı trafik düzenleme yönlendirme algoritması Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2016, 42 (5): 104-108, 112.
İngilizce alıntı biçimi: Luo Yonghua, Wu Jiawei.Dinamik LEO uydu ağları için yük dengelemeye dayalı verimli bir yönlendirme algoritması. Application of Electronic Technique, 2016, 42 (5): 104-108, 112.
0 Önsöz
LEO uydu ağı, dinamik olarak değişen bir topolojik yapıya sahiptir ve topoloji hızla değişmektedir.Bu, LEO uydu ağının kendi kendini organize eden ağdan farklı olan ana özelliğidir ve uydunun depolama ve işleme yetenekleri sınırlıdır. Aynı zamanda, uydular arasındaki mesafe çok uzundur ve bu da kolaylıkla uçtan uca büyük bir iletim gecikmesine yol açar.
Bu bağlamda, araştırmacılar, yük dengelemeye dayalı bazı yönlendirme mekanizmaları önermişlerdir.Örneğin, ELB algoritması TALEB T tarafından önerilmiştir. Bu algoritma, uydu düğümü veri paketini göndermeden veya iletmeden önce bir sonraki atlama düğümünün bağlantı yükünü elde etmek içindir. Koşullar, sırasıyla, veri paketi için uygun yönlendirme yolunu seçmek için temel olarak kullanılır. Bununla birlikte, ağda çok fazla sıkışık düğüm varsa, algoritmanın performansı düşecek veya hatta başarısız olacaktır. KUCUKATES R ve diğerleri, ağ tıkanıklığı oluşmadan önce ağ tıkanıklığını önlemek için zamanında önlemler almak ve böylece ağ yük dengelemesinin etkisini elde etmek için PAR algoritmasını önerdi. Bununla birlikte, bu algoritmanın ağ verimi yüksek değildir ve uçtan uca paket gecikmesi de nispeten büyüktür. SDRZ-MA algoritması, Aracıyı LEO uydu ağı yönlendirmesine dahil eder ve uydu düğümleri, uydu düğümleri arasında iletmek ve iletmek için düzenli olarak ileri Aracılar oluşturur.Göç işlemi sırasında, uydu enlemi ve bağlantı maliyeti gibi yönlendirme güncellemeleri için gerekli bilgileri toplar. Bununla birlikte, SDRZ-MA algoritması bazı uydularda ağır yük ve diğer uydu kaynaklarının yetersiz gelişimi problemlerine sahiptir.
Bu bağlamda, SDRZ-MA algoritması fikrine dayalı olarak, bu makale yük dengesi DRLB'ye (Yük Dengesine dayalı Dinamik Yönlendirme Algoritması) dayalı dinamik bir yönlendirme algoritması önermektedir. İleri ve geri aracıların yönlendirme mekanizmasını nasıl okuduğunu, yeni yönlendirme stratejilerini nasıl tasarladığını ve ileri aracının paket uzunluğunu nasıl optimize ettiğini, trafik ayarlama faktörü işlevini nasıl iyileştirdiğini ve ağ trafiğini belirli boyutlar için nasıl daha uygun hale getirdiğini analiz edin. Son olarak, bu makaledeki yönlendirme algoritmasının performansı, kontrol ek yükü, trafik düzenlemesi ve ortalama uçtan uca gecikme açısından test edilmiştir.
1 Ağ modeli ve sorun açıklaması
1.1 Ağ modeli ve ilgili tanımlar
Bu DRLB algoritmasında, Walker takımyıldızı ağ oluşturma için kullanılır.Algoritma, uydu ağını, bir dizi V düğümünden ve bir dizi kenar E'den oluşan, yönlendirilmemiş bağlı bir grafik G = (V, E) olarak özetler. Bunlar arasında | V | ağdaki tüm uydu düğümlerinin sayısıdır ve | E | ağdaki tüm yıldızlararası bağlantıların sayısıdır. Algoritma şu şekilde tanımlanır:
1.2 Sorun açıklaması
Yük dengesini dikkate alan temsili LEO uydu ağı yönlendirme algoritması SDRZ-MA üzerinde yapılan araştırmalar sonucunda, algoritmanın aşağıdaki problemlere sahip olduğu bulunmuştur:
(1) Yer hizmetlerinin sıcak noktaları kuzey yarımkürede, özellikle 50 ° kuzey enleminde yoğunlaştığından, orijinal SDRZ-MA algoritması, kuzey yarımküreden güney yarımküreye trafik dağılımını teşvik etmek için bir maliyet ayarlama faktörü tasarladı, ancak maliyet ayarlama faktörünün tasarımında kusurlar var;
(2) SDRZ-MA algoritmasında, uydu takımyıldızı bir döngü boyunca çalıştıktan sonra, her bir uydu düğümü, iletme aracının hedef uydu adresini belirlemek için yalnızca qd olasılığını kullanır.Bu yeterince kapsamlı değildir ve uydu düğümünün bir ağ topolojisine sahip olmasına neden olur. Bilgiler zamanında ve yeterince doğru değil;
(3) Forward Agent paketinde fazlalık alanlar vardır.
Bu yazıda 2 DRLB algoritması
Mobil aracıya dayalı LEO uydu ağı yönlendirme algoritması, yüksek ağ kontrol yükü ve mantıksız trafik ayarlama mekanizması problemlerine sahip olduğu için, bu makale, yük dengelemeye dayalı dinamik bir LEO uydu ağı yönlendirme algoritması DRLB'yi önermektedir.
2.1 Akış ayarlama faktörünün iyileştirilmesi
SDRZ-MA algoritmasında, ayarlama faktörünün işlevi aşağıdaki gibidir:
İşlevi Şekil 1 (a) 'da gösterilmektedir. Şekle göre, enlem 50 ° kuzey enleminden büyük olduğunda, ayarlama faktörünün eğri eğilimi yükselmeye devam ediyor, bu da açıkça gerçek durumla uyumlu değil. Bu bağlamda, bu makale uydu enleminin belirli coğrafi konumunu ele alır ve yeni bir akış ayarlama faktör modeli oluşturmak için modeli (3) değiştirir:
Yeni ayarlama faktörünün işlevi Şekil 1 (b) 'de gösterilmektedir. Şekle göre, iyileştirilmiş ayarlama faktörü, kuzey yarımkürenin ağırlığının her zaman güney yarımkürenin ağırlığından daha büyük olmasını ve 0 ° 50 ° ağırlığının en büyüğü, bu da gerçek iş dağılımıyla daha uyumlu olmasını sağlayabilir.
2.2 Ön Temsilcinin hedef uydusunun seçim stratejisinin optimize edilmesi
SDRZ-MA algoritmasında, uydu düğümü periyodik olarak diğer uydulara ileri aracıları gönderir ve iletme aracının hedef adresi, qd olasılığı ile belirlenir:
Bunlar arasında fsd, kaynak uydu s'den hedef uyduya d gönderilen toplam veri miktarını temsil eder. SDRZ-MA algoritmasında, aynı hedef adresine sahip iletici Temsilcilerin kısa sürede tekrar tekrar üretildiği durumlar olacaktır. Bu nedenle, bu makale (forward agent gönderme zaman aralığını tekrarlayan gönderme problemini önlemek için kullanır. Bu DRLB algoritmasında, uydu düğümü, forward aracının gönderildiği zaman aralığında diğer uydu düğümleri tarafından oluşturulan zaman aralığını kaydeder. İletim aracının hedef adresi. Bir uydu düğümünün kendi iletme aracısını göndermesi gerektiğinde, önce kendisi tarafından kaydedilen ileticinin hedef adresini hariç tutun ve ardından iletme aracının hedef adresini qd olasılığına göre seçin, böylece uydu düğüm olabilir Daha doğru ağ yükü koşulları elde edin ve en uygun yolu bulun.
2.3 Aracı Paket Uzunluğunu Sıkıştırma
2.4 DRLB algoritma kuralları ve temel işlemler
2.4.1 Algoritma kuralları
(1) Kural 1
Yönlendirme tablosu başlatma:
(2) Kural 2
Ağ operasyonunun ilk döngüsünde, tüm uydu düğümleri periyodik olarak iletici aracılar oluşturacaktır ve iletme aracının hedef adresi, uydu dışındaki diğer uydu düğümlerinden rastgele seçilir.
İkinci döngünün başlangıcında, her bir uydu düğümü forward ajanı oluşturmadan önce, önce kendi forward ajanını geçen forward agent oluşturma aralığında uydu tarafından kaydedilen hedef uydu adreslerini hariç tutar ve ardından qd olasılığına göre ajanın amacını seçer. İletici ajan tarafından oluşturulan ve komşu uydulara gönderilen adres.
(3) Kural 3
İletim aracı ara uyduya ulaştıktan sonra, uydu düğümünün yönlendirme tablosuna göre bir sonraki sıçramayı seçer. Mevcut olmayan bir bağlantı varsa, önce kullanılamayan bağlantı hariç tutulur ve uydunun yönlendirme tablosu yeniden güncellenir ve ardından bir sonraki atlama seçilir.
İleri ajan, geri ajanı üretir ve oluşturulan geri ajan, ileri yönde hareket eder.
(4) Kural 4
Aşağıdaki koşullardan herhangi biri doğru olduğunda, forward ajan geri ajanı oluşturur ve forward ajan ortadan kaybolur:
İleri mobil temsilci kullanım ömrüne ulaşır.
Yönlendirme temsilcisi, kural 3'e göre bir sonraki sıçramayı seçtiğinde, seçilen sonraki sıçrama uydusu iletme aracı tarafından ziyaret edilmiştir veya hiçbir yol mevcut değildir.
(5) Kural 5
Ağ maliyet modelinin güncellenmesi:
2.4.2 Belirli adımlar
(1) Tüm düğümler yönlendirme tablosunun 1. kurala göre başlatılmasını tamamlar.
(2) Uydu düğümleri, Kural 2'ye göre belirli bir ömre sahip bir ileri Aracı F oluşturur. Geçiş sırasında, Aracı Fs, ziyaret edilen her düğümün Vi adresini, son ziyaret edilen düğümün enlemini ve düğümün son sıçramasını kaydeder. Düğümden bu düğüme olan maliyet. Ajan Fs, ara uydu düğümüne ulaştığında, ara uydu düğümü, Ajan F'lerin taşıdığı bilgilere göre enlem konumunu ve önceki düğümün maliyetini yerel uydu düğümüne günceller. Ajan Fs hedef uydu düğümüne ulaştığında, taşınan bilgilerin formatı şu şekildedir:
(3) Forward aracı, geçiş işlemi sırasında kural 3'e göre yönlendirme seçimini gerçekleştirir Kural 4'ün gerektirdiği koşullardan herhangi biri karşılandığında, forward aracı Bd geri aracını üretir.
(4) İleriye doğru hareket eden Ajan Fs, kendisi tarafından taşınan yönlendirme güncellemesi için gerekli bilgileri geriye Ajan Bd'nin hafızasına iter ve aynı zamanda ömrü sona erer.
(5) Backward Agent Bd, ileri ve geri hareket eder. Yönlendirme ara düğümü Vi'ye geçiş yaparken, ara düğüm tarafından kaydedilen kendi enlemini ve o enlem konumunda önceki düğümün geçerli düğüme olan maliyetini okuyun ve yığın içinde saklayın ve aynı zamanda geçişe kadar geçişe devam etmek için bir sonraki atlama düğümü bilgilerini alın Kaynak düğüm, bir ara düğümü geçtikten sonra, düğümün yönlendirme tablosunu kural 5'e göre günceller.
Bu yazıda, DRLB algoritması Ajan iş akışı Şekil 2'de gösterilmektedir.
3 Simülasyon ve performans analizi
3.1 Simülasyon ortamı ayarları
Bu makale, bu makalenin yönlendirme algoritmasının ağ performansını test etmek için simülasyon yazılımı OPNET14.5'i kullanır. Gerçek uydu ağının trafik dağılımını simüle etmek için, simülasyondaki uydu düğümü 0 ° ile 50 ° kuzey enlemi arasındaki her 0,4 sn veri paketinde 0,8 sn, diğer polar olmayan uydu düğümleri ise her 0,1 sn veri paketinde 1,1 sn durmaktadır. Veri paketinin hedef adresi rastgeledir. Bu yazıda algoritmanın gelişmiş doğasını yansıtmak için, mevcut LEO uydu ağı yönlendirme performansı SDRZ-MA algoritması kontrol grubu olarak kabul edilir ve = 3, = 5, = 0.8. Takımyıldız topolojisinin simülasyon parametreleri Tablo 1'de gösterilmektedir.
Bu yazıda yer alan algoritmanın ağ performansını ve kontrol grubundaki algoritmayı ölçmek için, bu makale paket kayıp oranı, ortalama uçtan uca gecikme ve değerlendirmek için normalleştirilmiş ISL yükü gibi göstergeler kullanır.
3.2 Deneysel veriler ve analiz
(1) Paket kayıp oranı
Şekil 3'te gösterildiği gibi, terminal bit hızı 400 kb / s'nin altında olduğunda, SDRZ-MA algoritmasının ve DRLB algoritmasının paket kaybı oranı 0'a yakındır. Bunun nedeni, ağın bu zamanda nispeten boşta olması ve veri paketlerinin hedef düğüme zamanında ve doğru bir şekilde iletilebilmesidir. . Terminal verisi miktarı arttığında, DRLB algoritmasının paket kaybı, SDRZ-MA algoritmasınınkinden daha azdır.Bu, tüm ağ trafiğinin makul bir şekilde dağıtılmasına izin veren ayarlama faktörünün iyileştirilmesinden kaynaklanmaktadır.Aynı zamanda, iletme Aracı hedef düğümü, kaçınılacak düğümlerin trafik sırasına göre seçilir Ajanları sürekli olarak aynı düğüme tekrar tekrar göndermesi durumunda, düğüm tüm ağın daha doğru yük bilgilerini elde edebilir; SDRZ-MA algoritması, uydu iletişimindeki büyük düğüm hareket hızının neden olduğu trafik dağıtım problemini hesaba katmaz, böylece paket kaybı oranı Daha yüksek.
(2) Ortalama uçtan uca gecikme
Terminal ile ortalama uçtan uca gecikmenin değişim oranı Şekil 4 ve Şekil 5'te gösterilmektedir. Şekil 4'te, veri kaynağı ve hedef uyduların her ikisi de kuzey yarımkürede yer alır. Şu anda, DRLB algoritmasının performansı SDRZ-MA algoritmasından önemli ölçüde daha iyidir. Bunun nedeni, DRLB algoritmasının yer popülasyonunun ve kıtasal plakaların dağılımı için yeni akış ayarlama faktörleri tasarlamasıdır. Ağ trafiğini güney yarımküreye daha iyi dağıtır ve bağlantı tıkanıklığı nedeniyle veri paketlerinin uydu düğüm önbelleğinde uzun süre iletilememesi durumundan büyük ölçüde kaçınır.
Şekil 5'te, veri kaynağı ve hedef uyduların her ikisi de güney yarımkürede yer almaktadır.İki algoritmanın uçtan-uca gecikmeleri benzerdir, ancak yeni algoritmada, iletme Aracının hedef adres seçim stratejisi optimize edilmiştir, bu da belirli zincirlerin tekrar tekrar elde edilmesini azaltır. Yol yük bilgisinin olasılığı, düğümlerin yönlendirme tablosunu güncellemek için doğru ağ çapında yük bilgisi elde etmesini sağlar, böylece DRLB algoritmasının ortalama uçtan uca gecikmesi biraz daha iyidir.
(3) Normalleştirilmiş ISL yükü
Normalize ISL yükünün uydu enlemiyle değişimi Şekil 6'da gösterilmektedir. DRLB algoritmasının güney yarımküredeki bağlantı yükü, SDRZ-MA algoritmasınınkinden daha büyüktür. 0 ° ile 50 ° kuzey enlemi arasında, DRLB algoritmasının bağlantı yükü orijinalinden daha küçüktür. SDRZ-MA algoritması. Bunun nedeni, bu makaledeki algoritmanın trafik ayarlama faktörünü iyileştirerek bağlantı maliyeti ağırlığını 0 ° ile 50 ° kuzey enlemi arasında artırması ve böylece güney yarımküreye daha fazla iş trafiği dağıtılmasıdır. Aynı zamanda, algoritma, iletme aracının hedef adresinin seçimini geliştirir ve yol güncellemesinin verimliliğini arttırır Uydu düğümü, ağ yük durumunu daha iyi elde edebilir ve trafiğin yeniden dağıtımını daha da gerçekleştirebilir. Bununla birlikte, SDRZ-MA algoritması, uydu düğümü büyük bir hızda hareket ettiğinde bağlantı trafiğini dinamik olarak tahsis edemez ve bu da büyük ağ tıkanıklığına yol açar.
4. Sonuç
Yük dengeleme ve akış ayarlama mekanizmasındaki kusurları dikkate alan LEO uydu ağı yönlendirme algoritmasının yüksek ağ kontrol ek yükü sorunlarını çözmek için, yük dengelemeye dayalı dinamik bir LEO uydu ağı yönlendirme algoritması DRLB önerilmiştir. DRLB algoritmasında, yönlendirme güncellemeleri için gereken bilgiler, uydu düğümü tarafından kaydedilir ve iletme aracının paket uzunluğunu azaltmak ve ağ kontrol yükünü azaltmak için geri yönlü aracı tarafından okunur; ileriye dönük aracının hedef adresini seçme stratejisi iyileştirmek için geliştirilir Yönlendirme güncellemelerinin verimliliği; ağ yük dengelemesini daha iyi başarmak için akış ayarlama mekanizmasını optimize edin. Teorik analiz ve simülasyon sonuçları, SDRZ-MA algoritması ile karşılaştırıldığında, DRLB algoritmasının, paket kaybı oranı ve ortalama uçtan-uca gecikme açısından gelişmiş performansa sahip olduğunu göstermektedir.
Referanslar
Wei Juan, Bo Zhenyu, Liu Ye. Zaman paylaşımına dayalı LEO uydu ağı için asimetrik yönlendirme algoritması Bilgisayar Bilimi ve Keşif, 2014, 9 (7): 832-838.
WERNER M, JAHN A, LUTZ E. LEO / ICO-uydu haberleşme ağları için sistem parametrelerinin analizi.İletişimde Seçilmiş Alanlar Dergisi, 2014, 13 (2); 371-381.
CHANG H S, KMI B W, LEE C G. Düşük toprak yörüngeli uydu ağlarında FSA tabanlı bağlantı atama ve yönlendirme Araç Teknolojisi İşlemleri, 2013, 47 (3): 1037-1048.
TALEB T, MASHIMO D, JAMALIPOUR A. SAT04-3: ELB: çok sekmeli NGEO uydu takımyıldızları için açık bir yük dengeleme yönlendirme protokolü Global Telekomünikasyon Konferansı, IEEE Press, 2012: 1-5.
KÜÇÜKATALAR R, ERSOY C. Yönlendirme seti kullanılarak LEO uydu ağlarında minimum akış maksimum artık yönlendirme Kablosuz Ağlar, 2013, 14 (4): 501-517.
RAO Y, WANG R C, ZHENG Y. Mobil aracıya dayalı uydu ağı dinamik yönlendirme algoritması PLA University of Science and Technology, 2014, 11 (3): 255-260.
CHAN TH, YEO B S, TURNER L.A LEO uydu ağları için yerelleştirilmiş yönlendirme şeması. ICSSC, 2012: 2357-2364.
WERNER M. ATM tabanlı uydu kişisel iletişim ağları için dinamik yönlendirme konsepti. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2013, 15 (8): 1636-1648.
CAZABET R, AMBLARD F.Dinamik sosyal ağlarda örtüşen toplulukların tespiti.Sosyal Bilişim Konferansı Bildirileri, 2013: 309-315.
Ren Zhi, Wang Lulu, Yang Yong.Fırsatçı ağlarda yönlü veri aktarımına dayalı coğrafi yönlendirme algoritması Bilgisayar Uygulamaları, 2014, 34 (1): 4-7.
Liu Feng, Zhang Yu. Uydu IP ağları için basit değişim uyarlamalı yönlendirme algoritması. Journal of Software, 2013, 8 (8): 1991-1999.
Eğitim Bilgileri
Ayrıca ziyaret etmek için URL'ye de tıklayabilirsiniz
-
- Çöpmek, ağaçları sallamak ve fotoğraf çekmek ... Bu tür turistler "park kara listesine" çekilebilir!
