低軌衛(wèi)星由于其軌道高度較低，在與地面節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，存在雙程時(shí)延低、星地鏈路損耗小、數(shù)據(jù)傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)，但由于其軌道運(yùn)行周期短，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓容^快，傳統(tǒng)的地面網(wǎng)絡(luò)路由無(wú)法適應(yīng)高動(dòng)態(tài)的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。為適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，保證低軌衛(wèi)星通信質(zhì)量，各類路由技術(shù)相繼被提出。本文根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，對(duì)當(dāng)前主要的路由技術(shù)進(jìn)行分類，綜述各類路由技術(shù)的功能、機(jī)制及特點(diǎn)，然后從開(kāi)銷和性能兩個(gè)方面對(duì)各類技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，最后結(jié)合低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)，提出了在設(shè)計(jì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)把握的幾點(diǎn)原則。

1、引言

天地一體化網(wǎng)絡(luò)是以地面網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)為延伸，實(shí)現(xiàn)空、天、地信息網(wǎng)絡(luò)的相互融合，為天基、空基、陸基、?；忍峁┬畔⑼ㄐ疟Ｕ系幕A(chǔ)設(shè)施，是國(guó)家信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋、寬帶傳輸、軍隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)等的必經(jīng)之路。低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為天地一體化網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其應(yīng)用與發(fā)展正在加速推進(jìn)，以Starlink、銥星等為代表的低軌衛(wèi)星服務(wù)正在逐漸滲透到計(jì)算機(jī)互聯(lián)、醫(yī)療數(shù)據(jù)、應(yīng)急業(yè)務(wù)、交通信息等軍民各類領(lǐng)域，低軌資源也逐漸成為各國(guó)爭(zhēng)奪的又一新領(lǐng)域。

低軌衛(wèi)星由于其軌道高度比較低，在進(jìn)行通信時(shí)，存在雙程時(shí)延低、星地鏈路損耗小、數(shù)據(jù)傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)，但由于軌道運(yùn)行周期短，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓容^快，在通信時(shí)既要保證通信質(zhì)量，又要適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｋ?，路由?wèn)題一直是低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2、LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由

根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)和相應(yīng)特點(diǎn)，通常可以把低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)分為面向連接和面向非連接的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由[17]，具體分類如圖1所示。我們將系統(tǒng)地闡述各類路由技術(shù)的主要功能、機(jī)制及特點(diǎn)。

圖1 低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法分類圖

2．1面向連接的路由技術(shù)

以ATM為代表的面向連接網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在上世紀(jì)90年代得到了非常廣泛的研究與應(yīng)用,當(dāng)時(shí)的人們將其看作構(gòu)建未來(lái)寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)機(jī)制[1]。最早的對(duì)于LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的研究都是從ATM機(jī)制開(kāi)始的,很多算法都采用面向連接的機(jī)制[2，3]。已經(jīng)提出的面向連接的單層LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法主要有以下2類:

（1）基于虛擬拓?fù)涞穆酚伤惴?

Werner[6～8]提出的基于ATM 機(jī)制的DT-DVTR 路由算法、Chang[21]提出的基于FSA的路由算法、Gounder[22]提出的基于快照的路由算法、CEMR路由算法、ELB[23，24]路由算法、PAR[25]路由算法都屬于系統(tǒng)周期分割機(jī)制。為保證吞吐率能夠滿足不同的業(yè)務(wù)需求，確保網(wǎng)絡(luò)的性能良好，李楠[33]等人提出了一種復(fù)合分組調(diào)度策略和基于擁塞控制的備份路由方法相結(jié)合的算法，能夠滿足不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求，同時(shí)也保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在發(fā)生負(fù)載時(shí)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分流。

基于虛擬拓?fù)涞穆酚伤惴ǎ峭ㄟ^(guò)利用衛(wèi)星星座運(yùn)轉(zhuǎn)的周期性和可預(yù)測(cè)性,將星座周期劃分成若干個(gè)時(shí)間片,如圖2所示，將系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在時(shí)間軸上劃分為多個(gè)離散的快照，每個(gè)時(shí)間片內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔豢醋魇枪潭ú蛔兊?從而依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可預(yù)測(cè)性提前為各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)建立不同時(shí)間片內(nèi)的連接關(guān)系。

圖2 拓?fù)淇煺帐疽鈭D

DT-DVTR算法[4～6]是基于虛擬拓?fù)渎酚伤惴ǖ牡湫痛怼Ｔ撍惴▽⑿l(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)周期劃分為N個(gè)時(shí)間片,每個(gè)時(shí)間片內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔徽J(rèn)為是固定不變的,我們只需要計(jì)算N個(gè)靜態(tài)虛擬拓?fù)湎碌腣P路由。算法首先根據(jù)星間鏈路拓?fù)鋽?shù)據(jù)以及路徑時(shí)延最小的要求,在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)，為每對(duì)衛(wèi)星間計(jì)算出多條路徑,形成備選VP路徑集合;然后從這些備選的VP路徑集合中選擇相鄰時(shí)間片之間VP路徑變化最小的路徑作為最優(yōu)路徑。優(yōu)化過(guò)的路由需要在地面預(yù)先計(jì)算后發(fā)送給衛(wèi)星,衛(wèi)星在時(shí)間片分割點(diǎn)處修改路由表。

此類算法不能有效解決鏈路切換引起的重路由問(wèn)題,該問(wèn)題對(duì)于面向連接的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)而言是非常重要的。

（2）基于覆蓋域劃分的路由算法

基于覆蓋域劃分的路由算法主要是為了解決因鏈路切換而引起的重路由問(wèn)題,該算法假設(shè)是衛(wèi)星的移動(dòng)引起了切換的發(fā)生,然后由地面終端來(lái)選擇切換后新的源端衛(wèi)星和目的端衛(wèi)星,空間段不再執(zhí)行完全重路由，面是按照衛(wèi)星覆蓋區(qū)域的鄰接關(guān)系計(jì)算最優(yōu)路徑。如圖3所示，由于衛(wèi)星的軌道運(yùn)動(dòng)，用戶B的接入衛(wèi)星由衛(wèi)星2轉(zhuǎn)移到衛(wèi)星3，此時(shí)需要建立衛(wèi)星2和衛(wèi)星3間的路由。

圖3 用戶終端接入衛(wèi)星轉(zhuǎn)移示意圖

覆蓋域切換重路由協(xié)議(FHRP)[9]是基于覆蓋域劃分路由算法的典型代表。該協(xié)議可以分為路徑增量更新算法和路徑重建算法。在路徑增量更新階段,利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的規(guī)則性和周期性,計(jì)算切換后新加入衛(wèi)星到原來(lái)路徑上的衛(wèi)星之間的增量，并與原路徑合并形成新的路徑。該算法假設(shè)在路徑更新前從源到目的的初始路由是優(yōu)化的，路徑更新后新的衛(wèi)星接替而形成的路由也是優(yōu)化的。

在多次的路徑增量更新后，由于通信流量和鏈路特性等情況發(fā)生變化，路徑增量更新階段形成的路徑可能會(huì)偏離最優(yōu)路徑，那么在一定時(shí)間段內(nèi)需要進(jìn)行重路由，這就是路徑重建階段，該階段由源節(jié)點(diǎn)確定重建時(shí)間,向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由建立請(qǐng)求并進(jìn)行初始化,新路徑的網(wǎng)絡(luò)資源滿足后,各節(jié)點(diǎn)開(kāi)始更新路由信息,最后刪除原來(lái)的路徑。

與基于虛擬拓?fù)涞穆酚伤惴ㄏ啾龋撍惴▋?yōu)點(diǎn)是發(fā)生切換發(fā)生后根據(jù)衛(wèi)星的覆蓋域特性計(jì)算出新的最優(yōu)路徑，算法操作比較簡(jiǎn)單。但由于該算法是一個(gè)切換控制協(xié)議,端用戶需要參與協(xié)議的計(jì)算,這將增加端用戶設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和計(jì)算量。以固定的間隔更新路由會(huì)導(dǎo)致性能的劇烈震蕩。

2．2面向非連接的路由技術(shù)

IP技術(shù)的地面網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用促使其在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中得到快速發(fā)展。在衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)中,我們可以把每一個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)可以看作獨(dú)立的交換機(jī)或路由器,可在星上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)。相比于面向連接的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),面向無(wú)連接的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可以把星間鏈路路由與星地鏈路路由分開(kāi)討論,不必要考慮因切換而引起的重路由問(wèn)題[10，11]。由于基于IP的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制在地面網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用,在考慮與地面網(wǎng)絡(luò)結(jié)合融合,促進(jìn)天地一體化建設(shè)方面，面向無(wú)連接的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)具有較大優(yōu)勢(shì)。

面向無(wú)連接的單層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法主要分為以下3類:

（1）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的路由算法

Darting 算法[26]和Karapantazis等人[13]提出的LAOR算法都屬于基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的路由算法，董紹進(jìn)[29]引入了多路徑技術(shù)和基于多路徑的負(fù)載均衡技術(shù)，提出了MBR算法，畢夢(mèng)格[20]引入了繼承協(xié)作衛(wèi)星，將服務(wù)時(shí)間最大化作為路由選擇的度量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)AODV算法進(jìn)行優(yōu)化。

該類算法以降低網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更新頻繁而引起的通信開(kāi)銷為設(shè)計(jì)目標(biāo),只有在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才驅(qū)動(dòng)路由查詢，沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不進(jìn)行路由更新?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的路由策略只需維護(hù)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中部分衛(wèi)星的路由，節(jié)省了星上的存儲(chǔ)空間，降低了路由開(kāi)銷。

圖4 AODV路由建立過(guò)程

按需路由是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的路由策略的一種，由于低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化比較快，這個(gè)特點(diǎn)與AdHoc網(wǎng)絡(luò)具有一定的相似性，于是我們引入了應(yīng)用于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的反應(yīng)式按需路由（AODV）[12]的思想。AODV主要包括三類報(bào)文，分別是路由請(qǐng)求（RouteRequest，RREQ）、路由回復(fù)（RouteReply，RREP）與路由錯(cuò)誤（RouteError，RERR）。

協(xié)議可分為路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程與維護(hù)過(guò)程，在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)鏈路探測(cè)進(jìn)行路由維護(hù)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)而不存在可用路由時(shí)驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議的運(yùn)行，為源目的節(jié)點(diǎn)對(duì)計(jì)算路由，圖4為AODV路由建立過(guò)程[20]。文獻(xiàn)[13]提出了輔助定位按需路由協(xié)議LAOR,當(dāng)通信請(qǐng)求到達(dá)時(shí),為了降低額外的信號(hào)負(fù)載,算法根據(jù)源衛(wèi)星與目的衛(wèi)星的相對(duì)位置,限制了泛洪區(qū)，避免消息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的泛洪,通過(guò)調(diào)用路徑發(fā)現(xiàn)過(guò)程尋找時(shí)延最短路徑。

按需路由協(xié)議只需要周期性地探測(cè)鏈路連通性，無(wú)需交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，能夠很好的適應(yīng)節(jié)點(diǎn)失效、臨時(shí)入網(wǎng)與退網(wǎng)的情況，相比于其它路由算法，降低了路由的收斂時(shí)間，增加了路由響應(yīng)拓?fù)渥兓乃俣?，有效地?jié)省了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中有限的資源，對(duì)保證自組織低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量顯得更加有效，但由于其對(duì)路由請(qǐng)求區(qū)域進(jìn)行了限制,不能從全網(wǎng)角度實(shí)現(xiàn)平衡流量的目的。

（2）基于覆蓋域劃分的路由算法

Hashimoto[15]提出的基于IP的路由、Mauger[27]提出的基于TDMA的路由，都屬于區(qū)域分割機(jī)制。在不同的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)刻,每顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域動(dòng)態(tài)變化,地面用戶也在不同的服務(wù)衛(wèi)星間切換。衛(wèi)星可保存網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的衛(wèi)星間的相對(duì)位置，地面用戶位置相對(duì)隨機(jī)，如果將地面用戶的地理位置封裝在數(shù)據(jù)分組中，有利于地面用戶間通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由。該算法將地球表面劃分為不同的區(qū)域，并給定不同的邏輯地址，在固定時(shí)刻，該區(qū)域的邏輯地址賦予最靠近區(qū)域中心的衛(wèi)星。衛(wèi)星根據(jù)其運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)改變其邏輯地址。衛(wèi)星覆蓋域劃分如圖5所示[14]。

圖5 衛(wèi)星覆蓋域劃分示意圖

Y.Hashimoto等提出一種基于IP的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由框架(SIPR)[15],該框架根據(jù)衛(wèi)星的覆蓋域?qū)⒌厍虮砻鎰澐譃橐欢〝?shù)量的蜂窩(Cell)和宏蜂窩(SuperCell)并對(duì)其進(jìn)行編號(hào),地面終端按照其所屬蜂窩的編號(hào)確定在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的地址,以此確定地面終端位置和衛(wèi)星位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系。將衛(wèi)星分組的頭部格式定義為:,分別代表<宏蜂窩標(biāo)識(shí)，蜂窩標(biāo)識(shí)，終端標(biāo)識(shí)，分組標(biāo)識(shí)，序列號(hào)，TTL>。其中,SID、CID和TerminalID共同組成目的節(jié)點(diǎn)的虛地址(VID,Virtual ID),該地址包含了目的節(jié)點(diǎn)的地理位置,DatagramID用來(lái)分別不同的報(bào)文,序列號(hào)用來(lái)區(qū)分一個(gè)報(bào)文被分成的多個(gè)衛(wèi)星分組。

該方法由地面網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)生成衛(wèi)星分組頭，衛(wèi)星保存網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在任何時(shí)候都知道自己與鄰居衛(wèi)星的鄰接關(guān)系，在進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，各衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)包頭部的目的終端位置信息來(lái)確定下一跳轉(zhuǎn)發(fā)方向，直到轉(zhuǎn)發(fā)到目的衛(wèi)星。分布式地理位置路由算法（DGRA）[16]就是在在SIPR路由框架的基礎(chǔ)上提出來(lái)的一種基于覆蓋域劃分的路由算法。該算法分兩種情況進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)分組與目的衛(wèi)星距離較遠(yuǎn)時(shí),依據(jù)當(dāng)前衛(wèi)星和目的衛(wèi)星的位置關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)接近目的衛(wèi)星時(shí),則根據(jù)收集到的本地拓?fù)湫畔⒂?jì)算到目的衛(wèi)星的最短路徑,并沿此轉(zhuǎn)發(fā)。

基于覆蓋域劃分的路由算法利用了衛(wèi)星星座運(yùn)轉(zhuǎn)的規(guī)律性,實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單。這類算法的缺陷在于如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊?guī)則性被打破,就會(huì)出現(xiàn)路由失敗的問(wèn)題,如在“縫”兩側(cè)、極地區(qū)域和某衛(wèi)星失效等情況下會(huì)出現(xiàn)路由失敗,健壯性較差。

（3）基于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由算法

E.Ekici[17,18]提出的分布式路由算法DRA，T.H.Chan[28]提出的基于局部區(qū)域LZDR算法都是基于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由算法。劉慶利[34]等人提出的基于地理位置的多業(yè)務(wù)LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法，通過(guò)地理位置來(lái)確定數(shù)據(jù)的下一跳轉(zhuǎn)發(fā)方向，并為不同數(shù)據(jù)類型實(shí)時(shí)計(jì)算路由，業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量得到了有效的提升。李賀武[35]等人提出了一種基于地理位置的路由算法—LA-ISTN算法，該算法通過(guò)衛(wèi)星間的位置關(guān)系來(lái)確定轉(zhuǎn)發(fā)接口，沒(méi)有路由更新包交換開(kāi)銷，不依賴預(yù)測(cè)的鏈路連接關(guān)系，穩(wěn)定性強(qiáng)，存儲(chǔ)開(kāi)銷小。

該類算法是在基于覆蓋域劃分路由算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。首先建立一下由虛擬節(jié)點(diǎn)組成的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模型,為每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)固定的地理坐標(biāo)。衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)當(dāng)前位置與虛擬節(jié)點(diǎn)地理位置的距離關(guān)系，將距離衛(wèi)星最近的虛擬節(jié)點(diǎn)位置被認(rèn)為是該衛(wèi)星的位置。在衛(wèi)星發(fā)生切換時(shí),路由表和鏈路隊(duì)列等狀態(tài)信息從當(dāng)前衛(wèi)星轉(zhuǎn)移到后續(xù)衛(wèi)星上。通過(guò)以上地理位置轉(zhuǎn)化，我們?cè)谟?jì)算路由時(shí)，不必考慮衛(wèi)星星座的動(dòng)態(tài)性，只需要計(jì)算由虛擬節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的邏輯平面內(nèi)最短路由。

圖6 DRA算法路由示意圖

分布式路由算法（DRA）是基于虛擬節(jié)點(diǎn)路由算法的典型代表,該算法以全球衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)（Teledesic）為參考模型，將分組傳輸時(shí)延最小化作為優(yōu)化目標(biāo),星座中的每顆衛(wèi)星的地理坐標(biāo)用邏輯地址

來(lái)表示,其中P表示衛(wèi)星所處的軌道面在星座中的編號(hào),S表示衛(wèi)星在本軌道內(nèi)的編號(hào)，該邏輯地址在衛(wèi)星的運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)變化。DRA算法主要包括方向估計(jì)、方向修正和擁塞處理三個(gè)階段。在方向估計(jì)階段,該算法假設(shè)所有星間鏈路（ISL）的長(zhǎng)度相等,依據(jù)當(dāng)前衛(wèi)星與目的衛(wèi)星的邏輯地址,將邏輯平面上兩點(diǎn)的最短路徑作為度量代價(jià)，來(lái)確定下一跳轉(zhuǎn)發(fā)方向。

衛(wèi)星收到該分組時(shí)，根據(jù)自己當(dāng)前的邏輯地址及目的衛(wèi)星邏輯地址,來(lái)決定下一跳衛(wèi)星的候選方向,圖中源衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的候選方向是北(上)或者東(右)。在方向修正階段,算法對(duì)軌內(nèi)ISL和軌間ISL的長(zhǎng)度進(jìn)行區(qū)分，根據(jù)源衛(wèi)星和目的衛(wèi)星邏輯地址的相對(duì)位置關(guān)系，將方向估計(jì)階段計(jì)算的方向標(biāo)記為主要方向和次要方向，并提供了衛(wèi)星在極地地區(qū)及“縫”兩側(cè)時(shí)的解決方案。

為了解決各衛(wèi)星之間不交換網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和控制信息而引起網(wǎng)絡(luò)擁塞的問(wèn)題，算法引入擁塞處理階段,算法實(shí)時(shí)監(jiān)控鏈路出口隊(duì)列緩沖區(qū)占用情況,一旦發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)可能溢出,則通過(guò)反向傳輸擁塞信息來(lái)消除擁塞。其它學(xué)者也提出了一些基于IP的分布式路由算法[30～32],算法的基本策略與DRA相同，在一定程度上降低了路由的計(jì)算與存儲(chǔ)開(kāi)銷,一定程度上消除了衛(wèi)星失效與流量擁塞等情況造成的影響,但不能從全局角度消除這些問(wèn)題。

基于虛擬節(jié)點(diǎn)的路由策略將實(shí)際衛(wèi)星與虛擬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綁定，削弱了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化對(duì)路由協(xié)議的影響，簡(jiǎn)化了路由計(jì)算的復(fù)雜性，衛(wèi)星無(wú)需維護(hù)大量的路由表；但是通常只能應(yīng)用在拓?fù)湟?guī)則的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)或鏈路失效時(shí)，路由協(xié)議不能快速更新，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)法正常進(jìn)行。根據(jù)地球地理特征，高緯度地區(qū)的軌間鏈路距離更短,其傳播時(shí)延大大低于赤道附近軌間鏈路,該算法容易造成高緯度地區(qū)的鏈路發(fā)生擁塞。

3、各類路由算法性能比較

基于對(duì)以上各類路由算法的主要功能、特點(diǎn)及性能進(jìn)行分析，我們進(jìn)一步對(duì)各類算法的開(kāi)銷和性能進(jìn)行整理分析，如下表所示：

表1主要的LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議開(kāi)銷及性能比較

由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高度動(dòng)態(tài)變化，面向連接的路由技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：（1）無(wú)法從根本上避免鏈路切換和連接切換以及由此引起的一系列切換控制和重路由計(jì)算問(wèn)題。（2）計(jì)算開(kāi)銷比較大而且星上實(shí)現(xiàn)困難，一般都需要地面系統(tǒng)的輔助計(jì)算。（3）要實(shí)現(xiàn)與地面IP網(wǎng)絡(luò)的融合,需要經(jīng)過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等一系列中間過(guò)程,這將帶來(lái)額外的時(shí)間開(kāi)銷與處理開(kāi)銷,使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜。因此，現(xiàn)在的低軌衛(wèi)星路由協(xié)議研究主要集中在非連接的路由算法上。

4、結(jié)束語(yǔ)

低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展方向是寬帶數(shù)據(jù)通信,能夠提供實(shí)時(shí)的多媒體通信服務(wù),支持衛(wèi)星間的寬帶的星際鏈路,形成衛(wèi)星自治域系統(tǒng),減少對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)資源的依賴,星上處理能力更強(qiáng),具備更多的數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)能力。低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及衛(wèi)星研制、生產(chǎn)、發(fā)射和測(cè)控以及網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)等,在設(shè)計(jì)最初的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí),就要進(jìn)行全方位的考慮。

網(wǎng)絡(luò)路由算法是隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷豐富發(fā)展起來(lái)的，路由選擇的本質(zhì)是路徑優(yōu)化問(wèn)題。根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn),在設(shè)計(jì)路由算法時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循以下幾點(diǎn)原則:

(1)簡(jiǎn)單性。衛(wèi)星資源的使用效率將直接影響衛(wèi)星壽命及效能發(fā)揮，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)路由算法時(shí)，盡量最少算法設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，避免開(kāi)銷和存儲(chǔ)開(kāi)銷，節(jié)省衛(wèi)星的寶貴資源。

(2)健壯性。隨著低軌衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模在不斷擴(kuò)大，衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)新增、失效以及擁塞等情況時(shí)有發(fā)生，路由算法應(yīng)當(dāng)具備靈活適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)情況的能力，在各類突發(fā)情況和異常情況下，也能夠保證正確運(yùn)行。

(3)收斂性。路由算法收斂過(guò)慢將會(huì)導(dǎo)致路由循環(huán)或網(wǎng)絡(luò)損耗，算法應(yīng)當(dāng)很好的適應(yīng)節(jié)點(diǎn)失效、臨時(shí)入網(wǎng)與退網(wǎng)的情況，盡量減小收斂時(shí)間，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行浴?

(4)適用性。隨著衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，大的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)往往包含各種軌道類型以及地面網(wǎng)絡(luò)，路由算法應(yīng)當(dāng)很好地適用于各類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)與地面網(wǎng)絡(luò)的融合。