一种新的GEO/LEO双层星座路由算法

刘　炯，陶　波，李志军，张　琳

(1.西安通信学院 信息安全系,西安 710106；2.解放军65043部队，吉林 通化 135000)

Fig. 5 Comparison of average link utilization amongfour routing algorithms



一种新的GEO/LEO双层星座路由算法

刘炯1，陶波1，李志军2，张琳1

(1.西安通信学院 信息安全系,西安 710106；2.解放军65043部队，吉林 通化 135000)

针对多层卫星星座网络的复杂通信环境和特殊应用背景，提出一种新的基于优先级的星上分布式路由算法(PDRA)。PDRA算法采用新的分层管理策略，根据信息重要程度设置优先级，在拓扑快照起始时刻进行路由计算与更新，信息传输过程中采用拥塞回避策略。理论分析和仿真验证表明，PDRA算法与现有典型卫星星座网络路由算法相比性能优越，能够很好地利用GEO/LEO双层星座特点，有较低的数据丢包率和较高的吞吐量，可有效避免链路拥塞，并能保证重要信息实时可靠传输。

卫星网络；GEO/LEO双层星座；路由算法；优先级；拥塞回避

1　引　言

卫星网络具有全球无缝覆盖、接入简单、可扩展性强和带宽按需可变等优势，充分弥补了地面网络的不足，已成为地面网络的延伸部分和重要补充[1]。随着以“业务多样化、骨干传输可靠化、覆盖全球化”为主要特征的天基综合信息网的建设发展，立体化多层卫星网络具有不同轨道卫星优势互补、组网方式灵活、网络抗毁性强、多种功能融合等优势，逐渐成为世界各国研究的重点[2]。路由技术是卫星网络应用实现的关键技术之一，决定着整个卫星网络系统效率和可靠性。卫星网络特殊的通信环境和明确的军事应用背景使其面临诸多挑战：一是卫星网络具有地面用户分布不均、卫星节点高速运动等特点，网络负载极易失衡，出现部分卫星链路拥塞而周围卫星未被充分利用情况，增加了信息丢失概率[3]；二是当前大多数路由算法为每对节点仅计算1条最优路径，导致网络流量易集中于某些链路，增加了链路拥塞概率[4]；三是特殊场合下，卫星网络需要将大容量多媒体信息持续从特定区域传输到本土指挥枢纽，对信息传输的实时性、可靠性要求较高。因此，链路拥塞回避和重要信息实时可靠传输是卫星网络路由算法设计中需要解决的关键问题之一。

目前，国内外关于卫星网络路由算法的研究日益增多，但是考虑链路拥塞回避和重要信息实时可靠传输的较少，主要有PAR[5]、CEMR[6]、ELB[7]、CPDR[8]、LBRD[3]等。PAR(Priority-basedAdaptiveshortestpathRouting)基于链路等级选择下一跳，链路等级由链路历史利用率和缓存信息决定。CEMR(CompactExplicitMulti-pathRouting)采用多路径进行负载均衡，通过对路径编码直接转发分组数据。ELB基于传播时延和排队时延的综合链路代价进行路由计算。CPDR(CompressedPathInformationbasedDistributedRouting)是一种基于路径信息压缩的分布式路由算法，通过队列时延反映链路拥塞状况。LBRD(Logic-BasedDistributedRouting)采用独立的地理位置路由作为卫星基本选路策略，基于邻间链路负载通告和区域均衡机制避免链路拥塞。文献[9]提出了一种面向卫星网络的MPLS(MultiprotocolLabelSwitching)流量工程路由算法，通过链路权重的动态调整及延期选用优化链路利用。上述路由算法虽然能够有效避免链路拥塞，但是增加了链路信令开销，提高了路由计算复杂度，且未考虑星上资源受限、信息传输时延等问题，在实际中难以应用。

为此，本文提出一种适用于GEO/LEO(GeosynchronousEarthOrbit/LeoEarthOrbit)的星上分布式路由算法——PDRA(Priority-basedandon-boardDistributedRoutingAlgorithm)，为每对节点计算最优路径和次优路径，给出链路拥塞回避策略和设置信息优先级，利用次优路径和GEO卫星及时为高负载链路分流，有效避免了链路拥塞，有利于重要信息实时可靠传输。

2　GEO/LEO双层星座体系架构及分层管理策略

2.1GEO/LEO双层星座体系架构介绍

本文研究的GEO/LEO双层星座体系架构如图1所示，该体系架构由GEO星座、LEO星座以及地面系统组成。其中，IOL(InterOrbitLink)为星座层间卫星链路，ISL(InterSatelliteLink)为星座层内卫星链路，UDL(UserDataLink)为星地用户链路。为克服多层卫星网络中互联关系复杂、设计难度高等问题，GEO/LEO双层卫星网络体系架构采用“骨干/接入”模型[10]，即GEO层星座构成骨干网，LEO层星座构成接入网。

图1GEO/LEO双层星座体系架构

Fig.1GEO/LEOdouble-layeredconstellationarchitecture

GEO星座作为骨干层，由均匀分布在赤道上空的NG颗GEO卫星构成，采用多波束星下天线，可实现中低纬度区域全覆盖。GEO星座承担卫星网络的路由计算、状态监控、LEO卫星管理等任务；当管理组内LEO卫星负荷较重时，为其分担部分非实时数据业务，以缓解LEO层流量负载；当管理组内LEO卫星失效时，临时替代失效卫星，以提高网络抗毁性能。用k对GEO卫星进行编号，k=1，2，…，NG。

LEO星座作为接入层，由ML个等经度间隔分布的轨道平面构成，每个轨道包含NL颗均匀分布的类极轨道LEO卫星，理论上满足全球覆盖要求。LEO卫星承担地面网关及终端用户接入、信息传输与交换、链路状态信息收集等任务，并接受GEO层卫星管理。为提高网络抗毁性和业务传输能力，体系架构中LEO卫星具有轨内、轨间星际链路。用(i,j)对LEO卫星进行编号，i表示轨道号，j表示单条轨道内LEO卫星号，i=1,2，…，ML；j=1,2，…，NL。

地面系统主要包括地面控制中心、地面网关、终端用户等。其中地面控制中心通过GEO层对整个卫星网络进行监控，可通过注入功能修改或控制GEO层的管理模式，以适应技术发展和应用需求的实时变化；终端用户可直接接入卫星网络；陆基、空基等其他网络用户可通过地面网关接入卫星网络。

GEO/LEO双层星座中包含3种全双工通信链路：同层卫星之间的星间链路——ISL，具体又分为轨内(同一轨道内两颗相邻卫星间的星间链路)和轨间(相邻轨道相邻卫星间的星间链路)；不同层卫星之间的层间链路——IOL；地面用户与卫星网络之间的用户数据链路——UDL。

2.2GEO/LEO双层星座分层管理策略

针对卫星网络中存在的拓扑时变、链路切换频繁等问题，本文采用虚拟拓扑思想，即将卫星网络按时间间隔离散化为一系列拓扑快照，每个拓扑快照内网络拓扑结构可视为固定不变，以此分析拓扑时变的卫星网络；针对GEO/LEO双层星座中LEO卫星多重覆盖、GEO卫星极地覆盖盲区等问题，本文为方便和简化层间链路设计、星座管理控制，设计了一种分层管理策略。具体实现过程如下：

(1)卫星星座投入运营之前，地面控制中心利用卫星星座运行的可预测性和周期性将其运行周期划分为一系列快照；

(2)计算拓扑快照初始时刻LEO卫星的位置，提取GEO卫星覆盖信息；

(3)统计每一颗LEO卫星Li,j与GEO卫星可视窗口集合Si,j={GSn,n=1,2,…,Ni,j}，Ni,j为同Li,j具有可视窗口的GEO卫星数量，Ni,j可以为0(当Li,j处于GEO卫星覆盖区域之外时)，也可以大于1(当Li,j位于GEO卫星交叉覆盖区域时)；

(4)当Ni,j=1时，LEO卫星Li,j选择对其覆盖的唯一一颗GEO卫星作为其组管理者；

(5)当Ni,j=0时，计算LEO卫星Li,j与所有GEO卫星之间的经度差值，选取经度差值最小的GEO卫星作为其组管理者；

(6)当Ni,j>1时，计算LEO卫星Li,j与覆盖其的所有GEO卫星之间的经度差值，选取经度差值最小的GEO卫星作为其组管理者；

(7)在一个拓扑快照周期内，选取同1颗GEO卫星作为管理者的所有LEO卫星组成1个管理组，该GEO卫星为其组管理者，并将分组信息存入该拓扑快照内；

(8)重复步骤2～7为每一个拓扑快照计算分组信息；

(9)地面控制中心将拓扑快照通过IOL发送给GEO卫星并备份；

(10)GEO卫星接收并保存自身分组信息；

(11)地面控制中心每隔一定时间对分组信息进行1次更新。

分层管理策略有关问题说明：

(1)拓扑快照划分时间间隔问题。拓扑快照时刻划分需考虑两方面因素[11]：一是拓扑快照内无链路切换；二是拓扑快照划分时间间隔尽量均等，且尽可能地长。文献[12]提出了一种基于动态边界值的GEO/LEO双层星座等长拓扑快照划分方法，通过动态调整GEO卫星覆盖边界值，将GEO/LEO卫星划分为一系列等长拓扑快照，且拓扑快照内无链路切换。

(2)极区上空LEO卫星管理问题。对于极区上空GEO卫星无法覆盖的LEO卫星，则选择同轨道内低纬度方向上第一颗与组管理者建立连接的LEO卫星作为中继。具体连接建立方法：若LEO卫星位于极区上空，则该卫星选择同轨道相邻的低纬度LEO卫星作为中继与组管理者建立连接；若后者也位于极区上空，则依次向低纬度搜索直至找到第一颗能够与组管理者建立连接的LEO卫星，通过多次中继建立连接。

分层管理策略通过地面控制中心为卫星网络计算各个拓扑快照内GEO卫星分组信息，节约了星上计算开销，缩短了路由收敛时间，降低了星座设计复杂性，利于星座管理控制和路由计算更新。

3　PDRA路由算法与拥塞回避策略设计

3.1PDRA路由计算与更新

按照路由计算者不同，卫星网络路由算法分为基于地面系统离线式路由算法和基于星上分布式路由算法。离线式路由算法过于依赖地面系统，对链路拥塞、流量负载失衡等突发情况适应性较差。星上分布式路由算法自治能力较强，能够对卫星网络中的突发情况及时作出反应，利于研究。

为提高GEO/LEO双层星座鲁棒性和抗毁性，避免网络负载失衡，降低链路拥塞概率，PDRA算法为每对卫星节点生成最优路径和次优路径。在拓扑快照起始时刻，卫星网络收集链路状态信息(LMR)，进行路由计算和更新。PDRA路由计算与更新流程如图2所示。

图2路由计算与更新流程

Fig.2Routingcalculationandupdatingflowchart

具体步骤可描述如下：

步骤1GEO卫星向管理组内LEO卫星下达LMR收集指令，极区内LEO卫星由中继LEO卫星传达。

步骤2LEO卫星LMR的生成

LEO卫星Li,j测量自身出口链路状态信息，生成LMR(Li,j)。LEO卫星的出口链路主要包括与地面站相连的UDL、与相邻LEO卫星相连的ISL、与组管理者相连的IOL。由此可得

(1)

极区内LEO卫星收集自身LMR，并通过轨内ISL更新至中继LEO卫星。中继LEO卫星若在时间δ内收到LMR的数量与极区内LEO卫星数量相等，转步骤3；否则，等待时间δ之后转步骤3。

步骤3LEO卫星LMR的传播

LEO卫星经IOL将LMR发送给组管理者。组管理者Gk等待时间λ，若在时间λ内收到的LMR数量与管理组内成员数量相等，转步骤4；否则，向地面控制中心发送卫星节点失效报告alert(Y)，并转步骤4。

步骤4GEO卫星LMR的生成

GEO卫星Gk在时隙起始时刻测量自身出口链路状态信息，生成LMR(Gk)。

步骤5链路状态信息库的生成

组管理者GEO卫星将收集到的组成员LMR和自身LMR在GEO层内洪泛⎣NG/2」次，丢弃重复LMR。至此，GEO星座生成整个网络的链路状态信息库，记为LMRwhole。

步骤6LEO卫星原始路由表的计算

GEO星座依据LMRwhole为GEO/LEO双层卫星网络计算路由。组管理者Gk以路径总时延为优化目标，采用Dijkstra算法，为管理组内每颗LEO卫星计算到其余所有LEO卫星的最优路径和次优路径，将计算结果添加到LEO卫星原始路由表LOT(Gk|X)中。

步骤7GEO卫星路由转发表的计算

组管理者Gk依据LMRwhole，以最小节点跳数为优化目标，采用Bellman算法，为自身计算其到所有LEO/GEO卫星的最优路径，将计算结果添加到GEO卫星路由转发表GRT(Gk)中。

步骤8路由信息备份

组管理者Gk将生成的LOT和GRT汇总并发送到地面控制中心备份。

步骤9LEO卫星路由转发表的生成与分发

组管理者Gk依据LOT(Gk|X)为管理组内每颗LEO卫星生成其到目的节点的最优下一跳、次优下一跳，生成以该卫星为源节点的路由转发表LRT(X)，并分发至相应的LEO卫星。LRT(X)格式如图3所示。

源节点目的节点最优下一跳次优下一跳

图3LRT(X)格式

Fig.3 LRT(X)format

步骤10LEO卫星接收保存自己作为源卫星节点的LRT(X)，并依此转发分组数据。

在PDRA算法中，每个拓扑快照开始时刻，全网进行一次路由计算与更新；当卫星网络中出现链路拥塞、卫星节点失效等突发情况时，GEO星座仅对受突发情况影响的路径进行局部重路由计算。

PDRA算法不依赖于地面系统，在卫星网络中直接生成LMRwhole，为每对卫星节点生成最优路径和次优路径，缩短了路由收敛时间，降低了链路拥塞概率，提高了卫星网络抗毁性能；在LEO星座中每个节点只需保存本节点的路由转发表，对星上存储开销需求较低。

3.2链路拥塞回避策略

路由的设计只能规划路径，而链路是否拥塞还要根据具体的链路状态定量判断。因此，在PDRA算法中，提出了一种链路拥塞回避策略，采用缓存利用率(BU)和链路利用率(LU)联合判断卫星及其出口链路是否拥塞，通过设置分组数据优先级保证重要信息实时可靠传输。其中，BU判断卫星工作是否超负荷，LU判断出口链路是否拥塞。由于GEO卫星星上处理能力较强，且业务量较少(仅在拓扑快照起始时刻计算路由)，因此，当LEO卫星工作负荷较重时，GEO卫星为其分担部分业务。

当前拥塞回避策略研究大多集中于卫星网络整体流量规划方面，对信息格式考虑较少，该类路由算法对星上处理和计算能力要求较高。但是受硬件条件限制，星上处理能力在今后相当长一段时间内难以大幅提高，相反地面终端设备硬件技术突飞猛进，可考虑联合地面终端设备与星上处理设备共同避免链路拥塞。因此，在PDRA算法中，地面终端设备依据分组数据重要程度设置优先级，卫星网络在传输过程中优先保障高优先级分组数据实时可靠传输。

在PDRA算法中，分组数据优先级设置及权限设置：地面网关及军用用户终端具有设置分组数据高、低优先级权限，军用终端将实时性或可靠性要求较高的分组数据设置为高优先级，对实时性和可靠性要求较低的分组数据设置为低优先级；民用用户终端权限默认为低优先级，所发分组数据自动设置为低优先级，高优先级分组数据可通过地面网关进行转发；在特殊时期，地面控制中心可对特定区域内的GEO、LEO卫星发送控制指令，使其仅转发高优先级分组数据，低优先级分组数据全部丢弃。

链路拥塞回避策略工作流程如图4所示。

图4链路拥塞回避策略工作流程图

Fig.4Theworkingflowchartoflinkcongestionavoidancestrategy

具体工作步骤如下：

步骤1接口LEO卫星接收到地面网关/用户终端发送来的分组数据。

步骤2LEO卫星BU区间判断及分组数据转发。

当BU<α时，LEO卫星正常负荷，此时分组数据均由LEO卫星数据转发模块处理，其中α表示BU阈值，由地面控制中心根据卫星网络运行情况设定；

当α≤BU

当BU≥MBU时，LEO卫星重度超负荷，可判定为节点拥塞，此时分组数据均转交GEO卫星处理，并向组管理者发送节点拥塞报告alert(X)，触发一次局部重路由。

步骤3LEO卫星路径选择与分组数据转发。

(1)最优路径LU判断及分组数据转发

当LU<β时，最优路径链路无拥塞，此时分组数据均经最优路径转发，其中β表示最优路径LU阈值，由地面控制中心根据网络情况设定，在特殊时期可将特定区域内所有卫星的β值降低或者设置为0；

当β≤LU

当LU≥MLU时，最优路径重度拥塞，此时高优先级分组数据转交次优路径，低优先级分组数据转交GEO处理。

(2)次优路径LU判断及分组数据转发

当LU<β′时，次优路径无拥塞，此时分组数据均经次优路径转发；

当β′≤LU

当LU≥MLU时，次优路径重度拥塞，此时分组数据均转交GEO处理，并向组管理者发送链路拥塞报告alert(ISL)，触发一次局部重路由。

步骤4出口LEO卫星接收到卫星网络发送来的分组数据，依据LRT将其递交给相应的地面网关/用户终端。

步骤5GEO卫星接收到管理组内LEO卫星转交的分组数据时，依据GRT为分组数据选择合适路径。

链路拥塞回避策略通过地面终端设备为分组数据设置优先级，在传输过程中优先保障重要信息实时可靠传输；通过BU和LU实时监测网络链路状态，当卫星或者链路负荷较重时，及时为其分流，有效避免了链路拥塞；将部分功能递交地面设备处理，降低了对星上设备要求，利于实现。

4　仿真分析

4.1仿真建立

根据卫星网络的实际工程设计，双层星座的卫星参数设置如表1所示。GEO星座采用等经度间隔、均匀分布的4颗GEO卫星；LEO星座采用类Iridium星座结构，卫星到达极区(动态调整后极区边界值为70°)时，关闭轨间ISL。

表1双层卫星网络星座参数

Tab.1Parametersofdouble-layeredsatellitenetwork

星座轨道高度/km轨道面数单轨道卫星数轨道倾角/(°)LEO星座12485986.4GEO星座35786140.0

卫星节点：双层星座中UDL、ISL、IOL等链路带宽均设为25Mb/s，出口链路缓存为2MB；GEO卫星缓存为25MB，LEO卫星缓存为5MB；链路误码率设为0，仿真中丢包主要原因为缓存溢出和链路拥塞时网关设备主动丢弃；分组数据长度设为定值1 000B。

地面终端：依据文献[13]中全球流量分布，按比例在全球各大洲设置200个地面终端(北美70个、南美20个、欧洲50个、亚洲40个、非洲10个、大洋洲10个)，每个终端产生一条分组数据流。为了反映真实网络通信量长时间范围内的突发特性，各地面终端采用自相似模型[14]生成分组数据流，每条分组数据流采用ON/OFF过程模型，忙期与闲期服从Patreto分布，分布函数为

(2)

式中：k=0.03，a=1.2，忙期与闲期的平均值为0.18(E(x)=a×k/(a-1)=0.18)；忙期分组数据发送速率为R(单位Mb/s)，{R|R=0.8+0.1v，v∈N，v∈[0,7]}。多条分组数据流叠加后，得到Hurst参数为0.9(H=(3-a)/2=0.9)的自相似通信流量。各地面终端的传输层采用具有拥塞避免机制的TP-Satellite协议[15-16]，避免因链路拥塞而降低分组数据速率。

为验证所设计的PDRA算法性能，仿真中将其与Dijkstra、CEMR、SGRP等算法进行比较。其中，Dijkstra算法以传输时延为优化对象，为网络计算最短路径；CEMR[6]同一分组数据流按照相同概率选择最短两条路径传输；SGRP[17]算法中无链路拥塞回避策略。

为了能够获得可信的仿真数据，每次仿真时间设为10min，以0.1Mb/s为取样间隔依次增大单条分组数据流发送速率，并对每个取样值重复仿真10次，取10次仿真的平均值。其中，在PDRA算法仿真中，在亚洲、欧洲与北美地区随机抽取10个地面终端交替发送高低优先级分组数据，其余地面终端均发送低优先级分组数据。

4.2仿真验证

在仿真验证中，我们选取Dijkstra、SGRP、CEMR等典型卫星网络路由算法进行比较，分析PDRA算法性能。

4.2.1分组数据流量与链路利用率

图5为卫星网络在不同分组数据流量下的链路利用率。由图可知：在不同路由算法中，平均链路利用率近似一条直线，与分组数据流量成正比；在单条分组数据流量相同时，Dijkstra平均链路利用率最低，SGRP平均链路利用率最高，CEMR与PDRA相差不大。分析原因主要是CEMR与PDRA采用两条路径转发分组数据，一定程度上降低了各条链路利用率，避免了链路拥塞。

图54种路由算法平均链路利用率比较

Fig. 5Comparisonofaveragelinkutilizationamongfourroutingalgorithms

4.2.2分组丢包率

图6所示为4种算法在不同分组数据流量下的丢包率仿真结果。由图可知:PDRA在不同发送速率下均保持了较低的分组丢包率，趋近于路由算法的极限——Dijkstra算法；CEMR和SGRP协议分组丢包率明显高于PDRA和Dijkstra。分析原因主要是：PDRA采用了链路拥塞回避策略，当网络中流量较高时，及时通过次优路径以及GEO卫星进行分流，当链路即将拥塞时，将全部分组数据转交GEO卫星处理，保证了信息传输的可靠性；CEMR虽然采用了两条传输路径，但是未设置分组数据优先级，各分组按照相同概率选择路径传输，当网络中流量较低时，可缓解链路负载压力，但是当网络中流量较高时，两条路径链路利用率较高，使得分组丢包率剧增；SGRP中无拥塞回避策略，当网络中产生持续高负载流量时，流量均衡能力较差，无法降低分组丢包率。

图64种路由算法分组丢包率比较

Fig.6Comparisonofpacketlossrateamongfourroutingalgorithms

4.2.3分组吞吐量

图7为地面终端在不同发送速率下的平均吞吐量，即仿真时间内地面终端发送分组数量的平均值。由图可知：PDRA不同发送速率下均保持了较高的吞吐量，尤其是在发送速率较高时趋近于路由算法的极限——Dijkstra；CEMR在分组数据发送速率低于1.1Mb/s时，吞吐量较高，当分组数据发送速率高于1.1Mb/s之后，吞吐量增长较为缓慢，甚至低于SGRP；SGRP吞吐量与分组数据发送速率接近于一条直线。分析原因主要是：PDRA具有链路拥塞回避策略，链路负载和丢包率较低，对地面终端传输层发送速率影响不大，从而获得较高的吞吐量，即使卫星工作负荷较重时，仍可通过GEO卫星转发分组数据；CEMR和SGRP具有较高的链路负载与丢包率，影响了地面终端传输层的发送速率。

图74种路由算法分组吞吐量比较

Fig.7Comparisonofpacketthroughputamongfourroutingalgorithms

5　结束语

本文提出了一种适用于GEO/LEO双层星座的分布式路由算法——PDRA。该算法采用分层管理策略，将分组功能递交给地面控制中心进行，节省了星上开销，便于星座控制管理；利用星上分布式路由，提高了网络抗毁性能，缩短了路由收敛时间；增加了链路拥塞回避策略，通过次优路径和GEO卫星及时为负荷较重的LEO卫星分流，有效避免了链路拥塞，确保了重要信息高效可靠传输。理论分析和仿真对比表明：与现有Dijkstra、SGRP、CEMR等典型路由算法相比，PDRA算法具有较低的分组丢包率和较高的吞吐量，可保证重要信息实时可靠传输，能够有效提升卫星星座网络性能。为了解决路由协议在卫星节点失效等恶劣情况下的路由算法性能下降的问题，下一步将对PDRA算法进行卫星网络抗毁算法研究。

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刘炯(1973—)，男，河北景县人，2007年于清华大学获博士学位，现为副教授，主要研究方向为卫星网络和网络安全；

LIUJiongwasborninJingxian,HebeiProvince,in1973.HereceivedthePh.D.degreefromTsinghuaUniversityin2007.Heisnowanassociateprofessor.Hisresearchconcernssatellitenetworkandnetworksecurity.

陶波(1979—)，男，上海人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为网络安全和软件开发；

TAOBowasborninShanghai,in1979.Heisnowalecturerandalsoagraduatestudent.Hisresearchconcernsnetworksecurityandsoftwaredevelopment.

Email：3078269@qq.com

李志军(1974—),男,湖南澧县人，工程师，主要研究方向为卫星网络安全；

LIZhijunwasborninLixian,HunanProvince,in1974.Heisnowanengineer.Hisresearchconcernssatellitenetworksecurity.

张琳 (1979—)，女，陕西西安人，讲师，主要研究方向为网络安全。

ZHANGLinwasborninXi′an,ShaanxiProvince,in1979.Sheisnowalecturer.Herresearchconcernsnetworksecurity.

ANewGEO/LEODouble-layeredConstellationRoutingAlgorithm

LIUJiong1，TAOBo1，LIZhijun2,ZHANGLin1

(1.DepartmentofInformationSecurity,Xi′anCommunicationInstitute,Xi′an710106,China;2.Unit65043ofPLA,Tonghua135000,China)

Accordingtothecomplexcommunicationenvironmentformultiplesatelliteconstellationsandthespecialapplicationbackground,anewroutingalgorithm——priority-basedandon-boarddistributedroutingalgorithm(PDRA)isproposed.AnewhierarchicalmanagementstrategyisproposedinPDRAalgorithm.Thepackets’prioritiesaresetaccordingtotheimportanceofinformationandtheroutingcalculationandupdatingoftheroutingissetatthebeginningofthetopologysnapshot.Anewcongestionavoidancestrategyisusedintheinformationtransferprocess.TheoreticalanalysisandsimulationresultsshowthatthePDRAalgorithmhassuperiorperformancethanothertypicalsatelliteconstellationnetworkroutingalgorithmsasfollows:itcantakeadvantagethecharactersofGEO/LEOdouble-layeredsatelliteconstellation,hasthelowerdatapacketlosingrateandhigherthroughput,andcanavoidlinkcongestionandguaranteereal-timeandreliabletransmissionofimportantinformation.

satellitenetwork;GEO/LEOdouble-layeredsatelliteconstellationnetwork；routingalgorithm；priority-based；congestionavoidance

10.3969/j.issn.1001-893x.2016.09.006

2016-01-22；

2016-06-17Receiveddate:2016-01-22；Reviseddate：2016-06-17

全军军事学研究生课题资助项目(2011JY002-253，2015JY175)FoundationItem:TheGraduateProgramofMilitaryScienceProject(2011JY002-253，2015JY175)

TN927

A

1001-893X(2016)09-0982-08

引用格式：刘炯，陶波，李志军,等.一种新的GEO/LEO双层星座路由算法[J].电讯技术，2016,56(9):982-989.[LIUJiong，TAOBo，LIZhijun，etal.AnewGEO/LEOdouble-layeredconstellationroutingalgorithm[J].TelecommunicationEngineering,2016,56(9):982-989.]

**通信作者：3078269@qq.comCorrespondingauthor：3078269@qq.com