衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)

1、調(diào)研報(bào)告衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)路由設(shè)計(jì)的影響因素 1.路由算法設(shè)計(jì)要求： 準(zhǔn)確，簡單，魯棒性，公平與差異的服務(wù)，優(yōu)化 2.衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是動(dòng)態(tài)的，因此路由技術(shù)也與地面網(wǎng)絡(luò)的不同 3.衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)也受到太空環(huán)境的影響： 長距離傳輸?shù)母哝溌窌r(shí)延 太空中過大的誤碼率 資源和能量缺乏 難于升級(jí)或維修衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由的技術(shù)問題動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 對(duì)于集中式算法，路由表的計(jì)算是由一個(gè)核心節(jié)點(diǎn)或是星地網(wǎng)關(guān)根據(jù)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)信息計(jì)算的。例如在MEO/LEO雙層網(wǎng)絡(luò)中，一組LEO衛(wèi)星位于同一個(gè)MEO衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域下，那么他們的路由表就是由MEO計(jì)算和更新的。 例如一個(gè)近地衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中基于有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的路由算

2、法，把每個(gè)周期分為若干等長的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片內(nèi)認(rèn)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變，并使用最短路算法。狀態(tài)機(jī)和時(shí)間片模型被用來處理周期循環(huán)的動(dòng)態(tài)拓?fù)洹?這種方法的缺點(diǎn)是對(duì)于實(shí)時(shí)信息的變化不夠敏感，且對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的估計(jì)不夠準(zhǔn)確路由策略受拓?fù)渥兓挠绊懼饕w現(xiàn)在三個(gè)方面：信息收集、徑路計(jì)算和更新路由表、切換策略根據(jù)計(jì)算和更新路由表的方式，路由算法可以分為兩種：集中式和分布式動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 對(duì)于分步式算法，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)它自己對(duì)網(wǎng)絡(luò)的了解并根據(jù)某一選擇算法來決定下一跳。 例如一個(gè)基于地理信息的數(shù)據(jù)包理由算法（datagram routing algorithm）每個(gè)包都包括source和destination的距離，。由于

3、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是已知的，因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能準(zhǔn)確找到使包更接近destination的下一跳； 路徑的選擇以使剩余其他節(jié)點(diǎn)總?cè)萘孔畲鬄楦鶕?jù)。路由策略受拓?fù)渥兓挠绊懼饕w現(xiàn)在三個(gè)方面：信息收集、徑路計(jì)算和更新路由表、切換策略根據(jù)計(jì)算和更新路由表的方式，路由算法可以分為兩種：集中式和分布式動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 根據(jù)上空的衛(wèi)星的位置，某區(qū)域內(nèi)的虛擬衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)保持不變，而實(shí)際的衛(wèi)星持續(xù)改變他們的位置和虛擬地址，這樣就模擬了網(wǎng)絡(luò)層間的切換 Omer Korcak和Alagoz Fatih, 基于原始的動(dòng)態(tài)虛擬拓?fù)錂C(jī)制提出了“多狀態(tài)虛擬網(wǎng)絡(luò)”(multi-state virtual network, o

4、r MSVN)，以減少切換過程中的包丟失。在每個(gè)區(qū)域內(nèi)都有多個(gè)衛(wèi)星與同一個(gè)地面的網(wǎng)關(guān)建立聯(lián)系，當(dāng)當(dāng)前衛(wèi)星離開虛擬覆蓋區(qū)域是，隨后的衛(wèi)星會(huì)發(fā)送狀態(tài)信息，并接受前一個(gè)衛(wèi)星發(fā)出的狀態(tài)信息切換（handover）在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中是不可避免的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的切換包括兩種：衛(wèi)星間的切換（與地面中斷聯(lián)絡(luò)的衛(wèi)星變化，新的衛(wèi)星進(jìn)入或離開兩個(gè)用戶的通信路徑），和鏈路切換（發(fā)生在接縫區(qū)域或地球兩極區(qū)域）動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) Uzunaloglu提出了一個(gè)概率性路由協(xié)議（probabilistic routing protocol）,能預(yù)測(cè)衛(wèi)星拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)調(diào)用來減少嚴(yán)重的重編路由問題 在切換或數(shù)據(jù)調(diào)用過程中可能會(huì)改變

5、的鏈路都會(huì)被刪除。算法中確定了數(shù)據(jù)調(diào)用使用當(dāng)前已建立路徑所能持續(xù)時(shí)間的概率分布方程。這個(gè)方程會(huì)被用來尋找一定概率下不會(huì)產(chǎn)生重編路由的路徑。減小重編路由（rerouting）的可能性也是切換協(xié)議的一個(gè)目標(biāo)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由的技術(shù)問題傳輸服務(wù)質(zhì)量傳輸服務(wù)質(zhì)量 蟻群算法是用來收集數(shù)據(jù)并尋找從source到destination最佳路徑的算法。 Jinhua Cao用“交叉熵螞蟻路由系統(tǒng)”改善了網(wǎng)絡(luò)的收斂時(shí)間 Source節(jié)點(diǎn)的算法中產(chǎn)生三種“螞蟻”： 1.目的地定向的螞蟻：根據(jù)地理信息只延最少跳數(shù)的路徑移動(dòng)，以提高收斂速度 2.普通螞蟻：作為上一中螞蟻補(bǔ)充，遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 3.探索螞蟻：探索所有可能的路徑多

6、播路由協(xié)議可根據(jù)多播樹的種類分為兩類。一種是基于source的樹，通常是一個(gè)最小生成樹，這種樹通常很難擴(kuò)展為解決這一問題，另一種基于核的樹（core-based tree）用核心節(jié)點(diǎn)控制狀態(tài)信息。隨著衛(wèi)星通信系統(tǒng)狀態(tài)的變化衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由的技術(shù)問題多播路由多播路由 Floriano De Rango利用基于啟發(fā)式遺傳算法的core-based tree在HAP衛(wèi)星平臺(tái)上建立了一個(gè)多播路由協(xié)議。利用核心樹模型，加入信息（join message）會(huì)利用一個(gè)最短路徑傳播，同時(shí)，傳送加入請(qǐng)求的多徑（multipath）可以被用來優(yōu)化加入的路徑是時(shí)間多播路由協(xié)議可根據(jù)多播樹的種類分為兩類。一種是基于source的樹，通常是一個(gè)最小生成樹，每當(dāng)有一個(gè)新加入的節(jié)點(diǎn)時(shí)就需要重建樹，因此這種樹通常很難擴(kuò)展為解決這一問題，另一種基于核的樹（core-based tree）利用核心節(jié)點(diǎn)控制狀態(tài)信息。隨