卫星网络可生存Qos路由协议与仿真研究

The seamless integration of satellite networks and ground networks promotes the trend that satellite networks carry IP and Multimedia traffic as a backbone network. It is an inevitable requirement to develop the Qos routing protocols with strong survivability for a long-term development of satellite networks. However, due to the high dynamic topology of satellite networks and complex astrospace, the existing routing protocols of satellite networks suffer from the survivable ability, robust Qos routing, etc., so the routing service with stability, reliability and Qos for IP or Multimedia traffic can not be guaranteed. To cope with these problems, this topic focuses on the routing adaptivity, survivability and load balancing, cohesion of robustness and Qos, computational complexity,etc., which aims at providing the routing protocols with the strong survivability and as Qos support as possible for satellite networks. For intensive research, the Semi-Substantial simulation platform is bulit to evaluate our strategies. The research of the robust and efficient routing technologies of satellite networks is of prospectivity and synthesis in the filed of space information and aerospace technologies, which can construct the important theoretical and technical foundation for further research about space information.

卫星网络与地面网络的无缝融合使卫星网络作为骨干网承载IP与多媒体业务成为趋势，发展强生存能力的Qos路由协议已是卫星网络长远建设的必然需求。然而，由于卫星网络高速变化的拓扑与宇宙空间环境的复杂性，现有卫星网络的路由协议在可生存性、鲁棒Qos路由等方面存在较大局限，无法为IP或多媒业务提供完全稳定、可靠与Qos保障的路由服务。为了解决这些问题，本课题将着力研究卫星网络路由的自适应策略、可生存性与负载均衡、鲁棒性与Qos结合以及计算复杂度等问题，并通过构建半实物的仿真平台对提出的策略进行实验评估，为研究的深入开展提供基础。 卫星网络鲁棒高效路由技术是空间信息技术与航天技术具有前瞻性和综合性的研究方向，在全球导航、资源勘查、广播通信等领域具有广泛的应用，具有重要的理论与实际应用价值。

卫星网络凭借其全球覆盖特性、灵活的带宽按需分配和方便用户接入等优点成为下一代互联网与星际Internet重要组成部分。随着空间通信技术的发展，未来卫星网络的生存环境更为复杂，自然因素(如光电干扰、能量受限、空间辐射等)和人为因素(如空间竞争、军事打击等)均可对卫星系统造成破坏。提高卫星网络路由的可生存性对于提高卫星网络在复杂空间环境下的通信抗毁能力具有重要的实用价值。本项目从拓扑控制与路由策略的角度研究了LEO(Low Earth Orbit)卫星网络和双层LEO/ MEO(Medium Earth Orbit)卫星网络的可生存路由策略，并分析了卫星网络路由的复杂度问题。主要研究内容及结果包括：.(1) 提出了基于虚拟节点策略的LEO卫星网络虚拟拓扑模型。通过正式的定义形式化了基于虚拟节点策略的虚拟拓扑模型，提出了该虚拟拓扑模型的优化设计方案，并分析了该模型的重要属性。.(2) 提出了LEO卫星网络可生存路由策略。针对LEO卫星网络2维Mesh拓扑特征，提出了故障块动态构建的形式化模型和故障块内/外的自适应容错路由算法。理论分析与仿真结果表明：所提算法有效提高了LEO卫星网络路由的可生存能力，并具有低的计算和通信负载。.(3) 提出了双层LEO/MEO卫星网络可生存路由策略。针对传统双层LEO/MEO卫星网络的拓扑控制策略不能精确反映LEO层拓扑变化的局限和相应路由协议不能解决高层卫星失效的路由问题，提出了双层LEO/MEO卫星网络拓新的扑控制策略和可生存路由协议。仿真结果表明了新拓扑控制策略与可生存路由协议的有效性。.(4) 研究了卫星网络路由的计算复杂度，严格证明了如下定理：集中式与本地路由策略下卫星网络的分组路由问题均为NP完全问题；最小路径拉伸、最大路径收缩与最大路径保持的路由问题均为NP困难问题。这些结论从理论上证明了卫星网络动态拓扑下路由问题的难解性。