具有服务质量保护的语义残差路由方法

本发明涉及一种具有服务质量保护的语义残差路由方法，属于天地空一体化网络。

背景技术：

1、天地空一体化网络由低轨卫星、航空平台、地面网关、移动终端、边缘节点和云节点共同构成。不同链路在传播距离、可见时间、容量、队列压力、丢包风险和可用性方面具有显著差异，网络拓扑随卫星运动、航空平台移动和业务负载持续变化。

2、传统最短路径、容量优先、可靠性优先或队列感知路由通常假设待传输数据量在选路前已经确定。在语义状态复用场景中，实际传输负载由所采用的候选语义状态决定：候选状态越适用于当前任务，需要传输的纠正性残差越少；状态老化、语义漂移、版本失配或不确定度较高时，残差增加并可退化为完整传输。因此，候选状态选择、残差负载确定和路径选择具有不可分割的耦合关系。

3、现有缓存路由还常要求流量经过缓存节点或从缓存节点提取完整对象，可能产生额外绕行。在语义残差传输中，缓存状态作为接收端恢复目标状态的条件知识，缓存节点不必成为物理转发节点；然而，若先选最相似状态再选路径，可能得到传播距离过长、可靠性不足或瓶颈容量过低的组合。

4、仅将时延、成功率、容量和语义收益写入一个加权评分函数，不能形成不可逾越的服务质量边界。较大的相似度或复用收益权重可能抵消严重的网络风险，使高得分组合违反任务时限或可靠性交付要求。

5、此外，不同候选语义状态产生不同残差数据量，同一路径在不同状态下具有不同的传输服务时间和可行性。若路径性能只按完整数据量或固定数据量计算，会错误删除原本可行的小残差路径，也可能错误接受实际残差较大的状态-路径组合。

技术实现思路

1、针对候选语义状态引起的传输负载变化与路径性能计算脱节的问题，本发明提供一种具有服务质量保护的语义残差路由方法。

2、本发明的一种具有服务质量保护的语义残差路由方法，包括：

3、获取任务请求、候选语义状态集合和动态网络状态；

4、针对每一所述候选语义状态，根据候选语义状态与任务请求之间的语义差异及状态有效性风险，确定对应的目标残差比例，再结合完整数据量，得到纠正性语义残差数据量；

5、根据所述动态网络状态，按照至少两种路径评价视图，生成候选路径集合；

6、根据候选路径集合，将候选语义状态与候选路径进行组合，使用组合中各候选语义状态对应的所述纠正性语义残差数据量计算对应候选路径的性能指标，并根据候选路径的性能指标判断相应组合是否满足任务请求自身的硬服务质量约束；

7、基于所述候选路径的性能指标，建立所述任务请求的参考路径性能，并基于所述参考路径性能以及所述任务请求中的服务质量要求，确定相对参考路径保护边界；

8、将同时满足所述硬服务质量约束和所述相对参考路径保护边界的组合加入可行组合集合，计算可行组合集合中各组合的联合得分，从所述可行组合集合中选取联合得分最高的组合作为目标状态—路径组合；若可行组合集合为空，执行安全回退，若安全回退均无法产生可行组合，则以空候选语义状态与安全路径作为目标状态-路径组合；

9、按照所述目标状态—路径组合传输所述纠正性语义残差数据量。

10、作为优选，所述语义差异包括所述候选语义状态与所述任务请求之间的语义相似度，所述状态有效性风险包括所述候选语义状态的错误语义状态年龄和语义版本失配。

11、作为优选，所述目标残差比例为：

12、；

13、其中，为基础残差，为候选语义状态m对应任务请求i在时隙t的错误语义状态年龄，为年龄归一化常数，为极小常数，为任务权重，为错误语义状态年龄的权重系数，为任务权重的权重系数，为语义版本失配的权重系数，为任务请求i的语义版本，为候选语义状态m的语义版本；为语义版本失配指示函数；表示截断函数。

14、作为优选，性能指标包括端到端时延、交付成功率、瓶颈容量、平均队列压力和跳数。

15、作为优选，硬服务质量约束包括：

16、；

17、为路径在时隙承载数量时的端到端时延，为路径在时隙的交付成功率，为路径在时隙的瓶颈容量，为任务请求i的最大允许时延，为任务请求i的最小交付成功率，为任务请求i的最小瓶颈容量。

18、作为优选，参考路径性能包括参考时延、参考损失和参考瓶颈容量；

19、所述参考时延为快速路径的端到端时延与语义候选路径的端到端时延中的较小值，所述快速路径为所述候选路径集合中端到端时延最小的路径，所述语义候选路径为由任一候选语义状态诱导的路径；

20、所述参考损失为安全路径的分组丢失率与所述语义候选路径的分组丢失率中的较小值，所述安全路径为所述候选路径集合中分组丢失率最小的路径；

21、所述参考瓶颈容量为所述快速路径的瓶颈容量与所述语义候选路径的瓶颈容量中的较大值。

22、作为优选，相对参考路径保护边界为：

23、；

24、；

25、；

26、其中，为路径在时隙承载数量时的端到端时延，为路径在时隙的交付成功率，为路径在时隙的瓶颈容量，为时延保护容差参数；为丢包保护容差参数；为丢包绝对保护容差参数；为容量保护容差参数；任务请求i在时隙t的参考时延。

27、作为优选，联合得分为：

28、

29、其中，为语义复用增益，为候选状态价值，为预测拥塞。为相似度，为路径在时隙承载数量时的端到端时延，为路径在时隙的交付成功率，为路径在时隙的瓶颈容量，为路径平均队列压力，为跳数，为任务请求i的最大允许时延，、、、、、、、、、为相应项的权重系数。

30、作为优选，至少两种路径评价视图包括时延视图、容量视图、队列视图、丢包视图和受限绕行视图中的至少两种；

31、在各视图上采用k短路算法生成候选路径，对生成的候选路径进行去重和环路删除，得到所述候选路径集合。

32、作为优选，安全回退按照以下顺序逐级执行：

33、增大所述目标残差比例；

34、取消当前候选语义状态并选择其他候选语义状态；

35、切换至所述候选路径集合中的安全路径；将所述目标残差比例设为1并执行完整数据量传输。

36、本发明的有益效果，本申请通过将候选语义状态对应的相似度、错误语义状态年龄、语义版本和任务权重等信息量化为目标残差比例，再结合完整数据量得到每一候选状态独有的纠正性语义残差数据量，并将该动态残差比特量作为链路服务时间和路径端到端时延计算的直接输入，使得路径性能评估不再基于固定数据量进行近似估计，而是与实际传输负载精确对应。由此，语义复用、传输负载和动态路由之间建立了定量耦合关系，路径时延随候选语义状态的变化而动态变化，同一路径在不同状态下的可行性被独立精确评估，原本在固定数据量评估下被错误删除的小残差路径得以保留，实际残差较大的危险组合也被准确识别并在后续筛选中正确淘汰，从而从根本上解决了因数据量假设错误导致的路径误判问题。

1.具有服务质量保护的语义残差路由方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有服务质量保护的语义残差路由方法，其特征在于，所述语义差异包括所述候选语义状态与所述任务请求之间的语义相似度，所述状态有效性风险包括所述候选语义状态的错误语义状态年龄和语义版本失配。

3.根据权利要求2所述的具有服务质量保护的语义残差路由方法，其特征在于，所述目标残差比例为：

4.根据权利要求1所述的具有服务质量保护的语义残差路由方法，其特征在于，所述性能指标包括端到端时延、交付成功率、瓶颈容量、平均队列压力和跳数。

5.根据权利要求1所述的具有服务质量保护的语义残差路由方法，其特征在于，所述硬服务质量约束包括：

6.根据权利要求1所述的具有服务质量保护的语义残差路由方法，其特征在于，所述参考路径性能包括参考时延、参考损失和参考瓶颈容量；

7.根据权利要求6所述的具有服务质量保护的语义残差路由方法，其特征在于，所述相对参考路径保护边界为：

8.根据权利要求3所述的具有服务质量保护的语义残差路由方法，其特征在于，所述联合得分为：

9.根据权利要求1所述的具有服务质量保护的语义残差路由方法，其特征在于，所述至少两种路径评价视图包括时延视图、容量视图、队列视图、丢包视图和受限绕行视图中的至少两种；

10.根据权利要求6所述的具有服务质量保护的语义残差路由方法，其特征在于，所述安全回退按照以下顺序逐级执行：