【正文】 如 圖 所示 為本文使用的仿真場(chǎng)景示意圖 基于分時(shí)的 LEO 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)無(wú)環(huán)路由算法 22 應(yīng) 用 層T C P / U D PI P網(wǎng) 絡(luò) 接 入物 理 層I P網(wǎng) 絡(luò) 接 入物 理 層切 換 管 理網(wǎng) 絡(luò) 層L L C / M A C上 行 鏈 路網(wǎng) 絡(luò) 層L L C / M A C下 行 鏈 路衛(wèi) 星 網(wǎng) 絡(luò) 層L L C / S a t _ M A CI S L 衛(wèi) 星 網(wǎng) 絡(luò) 層L L C / S a t _ M A CI S L 網(wǎng) 絡(luò) 層L L C / M A C下 行 鏈 路切 換 管 理網(wǎng) 絡(luò) 層L L C / M A C上 行 鏈 路I P網(wǎng) 絡(luò) 接 入物 理 層應(yīng) 用 層T C P / U D PI P網(wǎng) 絡(luò) 接 入物 理 層 網(wǎng) 關(guān) 可 達(dá) 網(wǎng) 絡(luò) 列表 ， 網(wǎng) 關(guān) 與 衛(wèi) 星 映射 關(guān) 系 列 表G l o b a l N o d e： P P P 鏈 路 ： 無(wú) 線 鏈 路： 用 標(biāo) 準(zhǔn) 路 由 器 代 替 ： 簡(jiǎn) 化 掉 的 協(xié) 議I n t e r n e tI n t e r n e tU s e r G a t e w a y S a t e l l i t e S a t e l l i t e G a t e w a y U s e r 圖 仿真場(chǎng)景示意圖 層次化建模 OPNET 是基于離散時(shí)間驅(qū)動(dòng)機(jī)制，面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)仿真工具，它最突出的特點(diǎn)是層次化建模， OPNET 模型的層次架構(gòu)如圖 所示 ，分為三層，從高到低依次為：網(wǎng)絡(luò)模型層 (Network)，節(jié)點(diǎn)鏈路模型層 (Node and Link)，進(jìn)程模型層(Process)，層次化建模為不同層 次 建模的再利用提供了條件。在存儲(chǔ)在事件列表中的事件中斷的控制下，依照事件到來(lái)的前后順序以及重要程度，合理地安排執(zhí)行調(diào)度事件。這些涉及到底層編程的網(wǎng)絡(luò)單元建模，技術(shù)難度高，需要掌握網(wǎng)絡(luò)仿真軟件復(fù)雜的建模機(jī)理。它可以直接收集常用的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)層層次的性能統(tǒng)計(jì)參數(shù)，能夠方便地編制和輸出仿真報(bào)告。仿真模型庫(kù)有：標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)和特殊模型庫(kù)。 圖 銥星系統(tǒng)三維圖 衛(wèi)星的星間鏈路以及覆蓋范圍在二維平面圖上表現(xiàn)得更為清晰， 如圖 為銥星系統(tǒng)二維系統(tǒng)圖，直接給出各個(gè)不同衛(wèi)星的覆蓋范圍。 STK 是一種先進(jìn)的分析和可視化工具，它支持航天任務(wù)周期的全過(guò)程，包括概念、需求、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、發(fā)射、運(yùn)行和應(yīng)用等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)目標(biāo)概率高達(dá) 時(shí)， PRP 算法比 Dijkstra 算法減少了鏈路中 80%的重路由次數(shù)。 根據(jù)每個(gè)路由 域的流量分布 決定啟用自適應(yīng)路由過(guò)程 。這種基于 FSA的框架使得解決 LEO網(wǎng)絡(luò)中的鏈路分配問(wèn)題可 以等價(jià)于解決一系列固定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配問(wèn)題。 圖 Globalstar 系統(tǒng)示意圖 基于分時(shí)的 LEO 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)無(wú)環(huán)路由算法 14 現(xiàn)有的典型 LEO 衛(wèi) 星路由算法分析 (1) 基于 ATM 的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法 ， Werner 在有 星間鏈路的低軌衛(wèi)星系統(tǒng) 上研究了一種 基于 ATM 的路由算法 [30]。衛(wèi)星采用透明轉(zhuǎn)發(fā)器、多波束天線，用戶鏈路和饋線鏈路同為 VHF頻段 。樞紐終端速率高達(dá) 155Mbit/s～ ，即STM1 至 STM8，每一衛(wèi)星可連接 16 個(gè)樞紐終端站，星際鏈路傳輸速率為，每一衛(wèi)星連接 8 條星際鏈路 。 Teledesic 主要業(yè)務(wù)方向是地面寬帶光纖網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫隙兼容，通過(guò)較小基于分時(shí)的 LEO 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)無(wú)環(huán)路由算法 12 的時(shí)延（是靜止衛(wèi)星無(wú)法比較的），適應(yīng)寬帶業(yè)務(wù)的應(yīng)用需要與數(shù)據(jù)通信協(xié)議規(guī)程要求。銥系統(tǒng)饋線鏈路使用 Ka 頻段，關(guān)口站到衛(wèi)星上行鏈路使用～ ，衛(wèi)星到關(guān)口站下行鏈路使用 ～ 。銥系基于分時(shí)的 LEO 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)無(wú)環(huán)路由算法 11 統(tǒng)星座網(wǎng)提供手持 機(jī)到關(guān)口站的接入信令鏈路、關(guān)口站到關(guān)口站的網(wǎng)路信令鏈路、關(guān)口站到系統(tǒng)控制段的 管理鏈路。每顆衛(wèi)星重量為 386kg。不同類型的星間鏈路有其獨(dú)特的特征，同軌道面內(nèi)的 ISL 是衛(wèi)星與軌道上相鄰的 2 顆 /4 顆衛(wèi)星之 間的鏈路連接，在整個(gè)衛(wèi)星運(yùn)行 衛(wèi)星 個(gè)數(shù) 高度 (km) 軌道 平面 傾角 軌道 平面 數(shù) 星上 處理 能力 每顆星 最多 ISL 反向 縫 ISL 用戶同 時(shí)可見(jiàn) 衛(wèi)星 星座 銥星 (Iridium) 66+6(備用 ) 780 6 有 2 (軌內(nèi) ) +2 (軌間 ) 無(wú) 13 極地 Teledesic 系統(tǒng) 288 1375 24 有 2 (軌內(nèi) ) +6 (軌間 ) 有 24 極地 Globalstar 系統(tǒng) 48+4(備用 ) 1414 52 8 無(wú) 無(wú) 無(wú) 24 非極地 基于分時(shí)的 LEO 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)無(wú)環(huán)路由算法 10 周期內(nèi)保持不變；不同軌道間的 ISL 是衛(wèi)星與相鄰軌道面上的衛(wèi)星的鏈路連接，軌道間的星間鏈路在衛(wèi)星運(yùn)行周期內(nèi)是變化的，主要產(chǎn)生這種差異的原因是：不同緯度讀取，相鄰軌道 衛(wèi)星 間的距離不同， 尤其在極地地區(qū)衛(wèi)星快速運(yùn)行，出現(xiàn)交叉運(yùn)行的狀況，衛(wèi)星上的天線不能快速跟蹤衛(wèi)星交叉后的衛(wèi)星，所以 Interplane ISL 需要斷開(kāi)后的重連接過(guò)程；極地軌道星座系統(tǒng)中存在南北反向運(yùn)轉(zhuǎn)的相鄰軌道平面，在這個(gè)兩個(gè)反向運(yùn)行的軌道面上的衛(wèi)星之間的星間鏈路就是 Cross_seam ISL，若存在反向縫鏈路，由于衛(wèi)星 反向運(yùn)行，相對(duì)速度更快必然導(dǎo)致 Cross_seam ISL 頻繁的切換，如果不存在反向縫鏈路， 那么反向運(yùn)行軌道上的衛(wèi)星之間的通信必須經(jīng)過(guò)其他所有軌道上的衛(wèi)星繞行才能進(jìn)行通信。 LEO 衛(wèi)星系統(tǒng)通常包括多個(gè)衛(wèi)星軌道平面，且每個(gè)軌道平面上運(yùn)行多顆衛(wèi)星。算法采用平滑路由表切換策略消除由于切換前后網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息不一致而產(chǎn)生環(huán)路的可能性 ,保證 分組在任何時(shí)刻都能夠沿?zé)o環(huán)最短時(shí)延路徑被轉(zhuǎn)發(fā)。靜態(tài)路由算法的實(shí)現(xiàn)中主要考慮離散后的靜態(tài)拓?fù)?的路由算法，雖然算法簡(jiǎn)單，但是沒(méi)有考慮切換帶來(lái)的影響，而在算法中考慮重路由的方法雖然可以解決切換帶來(lái)的不良影響 ，但是勢(shì)必要增加算法的復(fù)雜度。 朱軍和饒?jiān)?[20]提出了一種引入移動(dòng)代理技術(shù)的輕量級(jí)按按需 QoS 源路 由算法。在這種算法中， LEO 層的衛(wèi)星按照位置劃分成多個(gè)組， 每組 LEO 衛(wèi)星向鄰近的 MEO 衛(wèi)星報(bào)告鏈路延遲狀態(tài)信息。其次考慮軍事因素需要，星座網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該避免過(guò)度依賴地面站，提高自主運(yùn)行能力，這樣才能保證即使地面站中斷服務(wù)衛(wèi)星系統(tǒng)仍然可以運(yùn)行一段時(shí)間，提供一些服務(wù)維持直到備份站建立。從系統(tǒng)管理者角度出發(fā) ， 需要根據(jù)鏈路長(zhǎng)短和負(fù)載狀況進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源分配和調(diào)度 ， 以保證不同的 GoS 和 QoS 要求。 衛(wèi)星系統(tǒng)按星座中的衛(wèi)星是否具有星際鏈路（即衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的通信鏈路ISL）可分為有星際鏈路衛(wèi)星星座（ Iridium 系統(tǒng)、類 Courier 系統(tǒng)）和無(wú)星際鏈路衛(wèi)星星座（ Globalstar 系統(tǒng)、 Teledesic 系統(tǒng)）兩種。 ，主要使用于針對(duì)指定地區(qū)（高緯度地區(qū)）進(jìn)行覆蓋的星座 [13]，如俄羅斯 的 Molniya 系統(tǒng)和 Tundra 系統(tǒng)等。我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也屬 于 MEO 衛(wèi)星系統(tǒng) [7]。甚小口徑終端 (VSAT: Very Small Aperture Terminal) 網(wǎng)絡(luò)、 Spaceway、 Astrolink、Euroskyway、 Kastar、 Inmarsat 等是使用 GEO 衛(wèi)星進(jìn)行通信的典型民用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如果從軌道的形狀上劃分 ： 衛(wèi)星可分為圓形軌道衛(wèi)星和橢圓形軌道衛(wèi)星 ； 如果從軌道面傾角的度數(shù)劃分，衛(wèi)星可以分為赤道軌道衛(wèi)星、極地軌道衛(wèi)星以及傾斜軌道衛(wèi)星 ； 如果從軌道的高度來(lái)劃分，衛(wèi)星可以分為低軌道 (LEO: Low Earth Orbit) 衛(wèi)星、中軌道 (MEO: Middle Earth Orbit)衛(wèi)星 、地球同步軌道 (GEO: Geostationary Orbit) 衛(wèi)星和高橢圓軌道 (HEO: High Elliptical Orbit)衛(wèi)星 [2]。 如圖 所示為現(xiàn)階段通信系統(tǒng)概況。 關(guān)鍵詞： LEO 網(wǎng)絡(luò) ；路由； 星間鏈路 ； 無(wú)環(huán)路由； 時(shí)延 II ABSTRACT With the rapid development of Inter applications, the satellite munication systems begin the work era in both civil and military areas. LEO satellite work , which is independent of ground facilities and geographical environment, not only has the advantages of low orbit altitude, low transmission delay and the user terminal easy to implement, but provides realtime multimedia services. The LEO satellite munication system with ISL can implement real global coverage and bee an irreplaceable part of global mobile munication system. Above all, LEO satellite system is being the hot research direction of the satellite munication. In LEO satellite works, each satellite is linked with other satellites via ISLs that information can be transmitted on different paths. Especially due to highspeed movement of LEO satellite, fast dynamic satellite work topology and frequent switch of transmission path, routing algorithm is very important for LEO satellite works. LEO work routing algorithm should not only consider characteristics of satellite work, but also take its own characteristic into account. This dissertation first introduces the status of LEO satellite works, and several typical LEO systems, summarizes the research status of the satellite work routing algorithm, discusses the problems and difficulties of routing algorithms for LEO works, according to their characteristics. And then the dissertation discusses how to design a simulation scenario using OPNET and STK in order to provide an effective research platform to verify data transmission and routing on both transport layer and work layer. Finally, considering the routing loop problem cased by switching routing table between each time slices, the dissertation analysis a LEO work routing algorithm without loop based on timeshare model. Through the simulation scenario set up before, the simulation results prove that the algorithm can eliminate loop and improve endtoend delay. At the same time, the simplified routing table can save satellite resources and reduce occupation of the limited satellite limited storage space on board.