空间网络时变特性建模及多约束条件路由机制研究

随着航空航天技术的迅速发展和应用，空间在政治、军事、经济等领域的战略地位日益提高，取得空间优势成为世界各国发展空间技术的首要任务。空间网络作为未来空间系统信息交换的基础设施，必将成为实现空间系统效能最大化的核心信息纽带。路由是空间网络中的基础性问题，得到了国内外研究团体的持续关注。现有的路由机制由于所基于的网络模型不能充分反映空间网络的多方面属性，在实用性与有效性方面存在较大局限。本项目立足申请者的切身体会，面向空间网络建设的实际需求，尝试用新的方法描述空间网络，探索多维空间网络拓扑模型，使其尽可能全面的反映空间网络的多种内在属性，进而基于该模型，对满足多属性约束的路由算法进行广泛而深入的研究，力争取得一些突破性的成果，并构建高逼真度的仿真平台进行验证。项目预期研究成果将为我国空间网络的建设提供理论依据和技术支撑。

本课题研究过程中对空间网络的星间链路特性进行了分析，研究ISL长度以及对应时延的变化规律，确定空间网络链路的时延包括传播时延和排队时延，给出了相应的计算公式；根据空间网络链路变化情况，采用时间片划分的策略，提出了基于演化图的空间网络时变拓扑描述模型，实现了对空间网络不同纬度的刻画和描述;围绕不同的应用场景，分别研究提出了三个具体的路由算法。. 基于空间网络演化图模型，在充分考虑空间网络拓扑可预见性的前提下，我们研究提出了名为CARFOR的空间网络链路容量约束下的最小延迟路由算法，该算法可以在充分考虑空间网络每条链路的容量约束的前提下，根据空间网络节点间的时变连接关系计算最小延迟路由。. 提出基于位置的LEO卫星网络的数据报路由算法LBRA，较好的适应空间网络拓扑时变特性和移动用户与卫星之间连接的动态性。LBRA无需维持路由信息的一致性，又能够快速适应网络拓扑的变化，具有较小的信令和处理开销，以及良好的可扩展性。LBRA首先对实施基于地理位置的路由算法时，需要应对的本地极值情况进行分类；然后，利用卫星网络拓扑的规律性，通过将用户节点的相对不变属性与基于轨迹的转发方法相结合的方式，解决不同类型的本地极值问题。. 提出一种不依赖于“组播树”,基于组播用户地理位置的组播路由协议GMPBMR, 依据卫星所在轨道面，对 LEO 卫星网络中的卫星节点分簇，将组播用户与卫星节点间接入关系的变化信息，限制在簇内卫星节点间通告；使用基于地理位置的路由算法路由组播数据报，使得 GMPBMR 能快速适应网络拓扑的动态变化。由于 GMPBMR 无维护组播状态信息的开销，并使用基于地理位置的路由算法路由组播数据报，因此，具有较小的信令和处理开销，以及较好的可扩展性。.