一种基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法

本发明涉及卫星通信，具体涉及一种基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法。

背景技术：

1、随着卫星通信技术的快速发展，星间链路作为构建卫星网络的核心基础设施，承担着高速数据传输、星间协同与网络自治的重要功能。然而，卫星网络动态拓扑、星载资源受限及复杂空间电磁环境的特点，使其面临日益严峻的干扰威胁。其中，轨道较高的星座对轨道较低的星座的星间链路将产生较大的干扰威胁，每一条星间链路都处于被干扰的风险之中。由于低轨星座卫星较多、网络较为复杂，如果针对每颗卫星进行调整频率或者功率，牺牲的资源较多影响正常通信。因此，在受到干扰时，利用卫星自身内部空间弹性，如重新选择路由是较为高效便捷的抗干扰方式。

2、现有技术针对星间路由抗干扰问题的解决方案中，仅考虑了单径路由的抗干扰方式。为了解决链路拥塞或卫星有可能的损毁，对星间链路的多径路由进行研究。目前大多数在于寻求算法解决路径分配问题，并没有考虑到抗干扰问题，也没有考虑干扰与抗干扰的对抗问题。而且单径路由抗干扰方法不能直接移植到多径路由的情形中。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，解决了传统卫星星间链路干扰避免方法仅考虑了单径路由情形，尚未考虑多经路由情形下的通信抗干扰问题。首先，将星间路由抗干扰问题建模为斯坦伯格博弈，并证明了该博弈存在斯坦伯格均衡；其次，提出一种多径路由抗干扰方案，并将抗干扰问题解耦为路径选择子问题与流量分配子问题；最后，针对路径选择子问题提出一种基于反向链路的无交路径选择算法，针对流量分配子问题提出一种基于分层q学习的抗干扰流量分配算法。

2、为实现本发明的目的，本发明的技术方案是：一种基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，包括：

3、步骤s01：构建两层多波束低轨卫星系统，包括通信卫星和干扰卫星；

4、步骤s02：构建干扰模型，根据所述干扰模型获得通信卫星受到干扰卫星恶意干扰时的可用信道容量，根据所述可用信道容量获得恶意干扰时的路由时延，建立卫星网络多径路由优化问题；

5、步骤s03：构建多径路由抗干扰斯坦伯格博弈模型，获得干扰卫星混合策略和通信卫星混合策略，所述通信卫星根据所述通信卫星混合策略选择流量分配策略，所述干扰卫星根据所述干扰卫星混合策略和所述通信卫星选择的流量分配策略施加干扰策略；

6、步骤s04：构建分层抗干扰流量分配算法，用于对所述通信卫星的流量分配策略和所述干扰卫星的干扰策略进行优化，获得优化后的通信卫星流量分配策略。

7、优选的，步骤s02中，当通信卫星受到干扰卫星恶意干扰时恶意干扰时，第颗卫星的可用信道容量表示为：

8、；

9、其中，为带宽、为通信卫星发射功率、为天线发射增益、为天线接收增益、为天线波长、为通信卫星之间的距离、为通信卫星与干扰卫星的距离、为干扰卫星发射功率、为玻尔兹曼常数、t为温度、为的干扰功率。

10、优选的，步骤s02中，所述恶意干扰时的路由时延表示为：

11、；

12、；

13、；

14、；

15、其中，为处理时延、为排队时延、为空间传输时延、为传入数据比特、为可用信道容量、为节点中已经存在的流量、为光速。

16、优选的，步骤s02中，所述卫星网络多径路由优化问题为：

17、；

18、其中，为通信卫星效用函数、为卫星数据量分配比例、为处理时延、为干扰卫星功率策略、为总时延、为排队时延、为空间传输时延、为可用时延上限、为干扰卫星功率策略集、为链路跳数。

19、优选的，步骤s03中，所述干扰卫星混合策略为：

20、；

21、；

22、其中，为干扰卫星从策略集合中选的概率。

23、优选的，步骤s03中，所述通信卫星混合策略为：

24、；

25、；

26、其中，为通信卫星从策略集合中选的概率。

27、优选的，步骤s04中，所述分层抗干扰流量分配算法包括：

28、步骤一：初始化干扰卫星混合策略及其q值、通信卫星混合策略及其q值、、；

29、步骤二：干扰卫星根据干扰卫星混合策略选择功率策略对通信卫星施加干扰；

30、步骤三：通信卫星基于反转链路的无交路径选择算法进行无交路径选择，根据所选择的无交路径获取流量分配策略并输出。

31、优选的，所述步骤三还包括：通信卫星根据所述流量分配策略计算奖励值；

32、通信卫星更新q值为，；

33、其中，为通信卫星q值、为通信卫星奖励值、为通信卫星学习速率。

34、优选的，所述步骤三还包括：干扰卫星根据所述干扰策略计算干扰奖励值；

35、干扰卫星更新q值为，；

36、其中，为干扰卫星q值、为干扰卫星奖励值、为干扰卫星学习速率。

37、优选的，所述流量分配策略为：

38、；

39、其中，为干扰卫星最终功率分配策略、为通信卫星最终流量分配策略、为干扰卫星奖励值、为通信卫星奖励值、m、n分别为干扰卫星、通信卫星的个数，为boltzmann模型参数。

40、上述技术方案的有益效果：

41、本发明提供的基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，解决了传统卫星星间链路干扰避免方法仅考虑了单径路由情形，尚未考虑多经路由情形下的通信抗干扰问题。首先，将星间路由抗干扰问题建模为斯坦伯格博弈，并证明了该博弈存在斯坦伯格均衡。充分体现了卫星网络中中心节点（领导者）与边缘节点（跟随者）的层级化管控关系，结合干扰预测与策略博弈，实现主动防御。通过严格证明博弈均衡的存在性，确保了抗干扰策略的全局收敛性与稳定性。其次，提出一种多径路由抗干扰方案，并将抗干扰问题解耦为路径选择子问题与流量分配子问题。能够快速生成多条物理隔离的可靠传输路径，规避干扰热点区域。最后，针对路径选择子问题提出一种基于反向链路的无交路径选择算法，针对流量分配子问题提出一种基于分层q学习的抗干扰流量分配算法。结合星间链路状态与干扰强度实时调整多路径负载，在保障低时延的前提下提升吞吐量，破解了单路径抗干扰方案的脆弱性瓶颈。

1.一种基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，其特征在于，步骤s02中，当通信卫星受到干扰卫星恶意干扰时恶意干扰时，第颗卫星的可用信道容量表示为：

3.根据权利要求1所述的基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，其特征在于，步骤s02中，所述恶意干扰时的路由时延表示为：

4.根据权利要求1所述的基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，其特征在于，步骤s02中，所述卫星网络多径路由优化问题为：

5.根据权利要求1所述的基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，其特征在于，步骤s03中，所述干扰卫星混合策略为：

6.根据权利要求1所述的基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，其特征在于，步骤s03中，所述通信卫星混合策略为：

7.根据权利要求1所述的基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，其特征在于，步骤s04中，所述分层抗干扰流量分配算法包括：

8.根据权利要求7所述的基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，其特征在于，所述步骤三还包括：通信卫星根据所述流量分配策略计算奖励值；

9.根据权利要求7所述的基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，其特征在于，所述步骤三还包括：干扰卫星根据所述干扰策略计算干扰奖励值；

10.根据权利要求7所述的基于斯坦伯格博弈的星间链路多径路由抗干扰方法，其特征在于，所述流量分配策略为：