卫星组网交换路由理论与技术

Theory and technology of switching and routing for satellite networking is one of the key technolgies in satllite network construction. On the basis of deeply study on abroad advanced satellite communication system architecture, satellite networking protocols, high-speed on-board switching and routing algorithm , the project will solve theories of distributed calculation and multi-measure calculation used in satellite network multi-layer non-convegence multi-measure dynamic routing algorithms, and theories of dynamic discrete event system used in onboard router's dynamic control and optimized buffer schedule algrithm. The project will propose satellite communication system architecture based on high connectivity and high flexibity onboard router, bring forward satellite networking protocols, onboard routing alogorithm and buffer scheduling method, design realizable satellite network scheme, set up simulation experiment system, analyse kinds of factors which effect system performece, and put forward optimized solution finally. The project will achieve the basis work in switching and routing for satellite networking to enhance our nation's space technical innovation ability, realize technolgy span ,and guide the spaceflight technologies to international leading status.

卫星组网交换路由理论与技术是实现卫星网络互联的核心技术问题。本项目在深入研究国外先进的卫星通信系统网络架构、卫星组网协议技术、高速星载交换路由算法与协议等的基础上，解决适用于卫星网络的多层无收敛多测度动态路由算法所涉及的分布式计算、多测度计算等理论，以及基于星载路由器的动态控制和最优化缓存调度算法工程中涉及的动态离散事件系统等理论，提出基于星载路由器的高连通性、高灵活性卫星通信系统网络架构方案、基于星载路由器的协议组网技术、星上路由算法、星上缓存调度方案，设计基于星载路由器的卫星网络系统实现方案，并建立模拟实验系统，解析影响系统性能的各种因素，并提出相应的解决措施，对所提方案进行优化，为我国在卫星组网交换路由技术方面奠定关键技术基础，增强我国空间技术创新能力，实现我国空间技术跨越式发展，引导我国航天技术向国际领先地位迈进。

卫星网络是以空间卫星为载体，实时传输空间信息的网络系统。作为卫星网络实现中的一项关键问题，通过交换、路由技术实现的卫星组网技术直接关系到网络的可扩展性与全球覆盖性。但是，与地面网络不同，卫星网络具有覆盖范围广、时空跨度大、卫星节点稀疏分布且动态变化、异构异质组网等特点，这使得传统基于固定拓扑结构的地面组网技术不能直接应用于卫星网络，网络协议、交换路由协议、星上缓存调度方法等都需要针对卫星网络的特点重新设计。因此，本项目重点开展基于星上交换路由的卫星组网理论与技术研究。.在深入研究国外先进的卫星通信系统网络架构、组网协议、高速星载交换路由算法与协议等的基础上，本项目首先提出了基于星载路由的高连通性、高灵活性GEO/LEO/HAPs三层网络体系架构；其次从用户业务多速率、差分服务的特征出发，提出基于MPLS的抗毁高效组网方案，并建立相应仿真分析模型对所提方案进行优化；接下来，项目研究了面向低轨及高低轨混合卫星网络的多种路由实现方案，包括面向LEO网络提出了基于跨层蚁群优化的负载均衡路由算法（CAL-LSN）、适用于双层卫星网络的多测度路由及链路信息交换方案等；此外，项目还在基于极小摄动分析（IPA）派生的随机近似理论基础上，提出了基于随机流模型（SFM）的星载路由器缓存调度最优化策略，并形成基于星载路由器的动态控制和最优化缓存调度算法等；最后，在星载路由算法与星上缓存调度算法设计的基础上，以本项目设计的三层组网架构为基础，构建基于星载路由器的卫星网络实验验证系统，对所提方案与算法进行仿真分析与优化。.本项目将分布式计算、多测度计算等理论应用于多层无收敛多测度动态路由算法设计，将动态离散事件系统等理论应用于基于星载路由器的动态控制和最优化缓存调度算法设计，并构建了基于星载路由器的卫星网络实验验证系统，发表SCI、EI检索论文12篇，申请发明专利12项，为我国卫星网络组网交换路由理论与技术的发展奠定了关键技术基础。