引用本文:
王小瑞,陈冬冬,何红杰. 一种基于蚁群算法的深空光通信网络链路性能研究[J]. 光通信技术,2022,46(4):22-26.
王小瑞,陈冬冬,何红杰
(郑州轻工业大学 计算机与通信工程学院,郑州450002)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为尽量减少额外开销和寻找最优传输路径,结合激光通信视距传输和长距离传输的特性, 提出了一种基于蚁群算法的深空光通信网络路由算法(RA-ACA)。首先对深空光通信中的单向链路问题、节点能耗问题进行研究,然后在传统路由算法的基础上对RA-ACA进行优化,最后进行了仿真对比实验。仿真结果表明:RA-ACA收敛路径上的剩余总能量高于TACA约 5kW·h,RA-ACA保留节点信息素时收敛速度提高了50%。
关键词:深空通信;激光通信;链路性能
中图分类号:TN929.12 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2022)04-0022-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.04.004
0 引言
深空光通信网是实现深空高速信息通道的一项战略性基础设施,为导航定位、深空探测以及遥感遥测提供强有力的技术支持。然而,深空光通信的时延较长,链路连接具有间断性,分组很容易丢失;且由于受到障碍物、节点通信能量以及背景噪声的影响,深空光通信网络链路容易出现不对称现象(单向链路),这给路由设计带来极大的挑战[1-3]。
目前,深空通信网中的主要路由策略是基于射频通信,而射频通信网络路由方法不能直接应用到深空光通信网中。深空光通信网是一种有别于地面固定拓扑网络、无线移动蜂窝网络和无线自组织网络的特殊无线移动网络,其用户的接入具有动态的特性,且不存在固定的基站。深空光通信网络路由设计面临的挑战[4-6]包括:①间断连通性。深空光通信网络具有动态拓扑,端到端的链路具有间断链接特性,行星自身的移动、苛刻的空间环境以及碎片的干扰等均会导致链路的中断。②时延长。较长的传输距离是导致传输时延长的主要原因;另外,由于深空通信节点的移动,也将增加传输时延。③不对称链路带宽和较高的误比特
率。信号进行传输时上行链路与下行链路的数据传输速率比等级达到1∶1000;另外,苛刻的网络环境和长距离传输导致深空链路具有较高的误比特率。④节点能量有限。由于在极远的传输距离情况下,需要高功率的发射机和高敏感的接收机,因此节点的能量绝大部分用于信号的传输和接收,严重限制了网络的通信时间。
基于以上分析,提出一种基于蚁群算法的深空光通信网络的路由算法(RA-ACA),提高网络性能。
4 结束语
本文针对深空光通信网中的单向链路问题、节点能耗问题进行了研究,提出了RA-ACA。以寻找最优路径为目标,当网络中单向链路的性能优于双向链路时,充分利用了单向链路资源,在寻找最优路径的同时,可有效地节约网络资源。仿真结果表明:相比于TACA,提出的算法有效地减少了传输时延,并且该算法较传统只支持双向链路的路由算法更能提高整个网络的连通性;另外,路由选路时把节点能量作为选路因子之一,从而可以提高整个网络的生存时间;同时,保留节点信息素为后续寻路使用,使得收敛速度得到显著提高。