基于流量预测的双层卫星网络动态路由算法

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1、第24卷第3期航天器工程V01．24No．3；!!i生!旦墨里垒曼垦堡堡垒里!曼堕鱼!堕垦垦垦!盟鱼!!基于流量预测的双层卫星网络动态路由算法阎冬汪路元(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要卫星网络具有覆盖广泛、接入简单等优点，被认为是下一代互联网的重要组成部分。文章提出了一种基于流量预测的双层卫星网络动态路由技术，拓扑采用LEO层和GEO层双层卫星网络结构，能够支持卫星网络新节点的动态加入。针对卫星网络管理员节点在执行网络任务时可能造成高负载导致高丢包率，从而影响网络性能的缺点，提出卫星网络管理员节点调整策略，根据流量预测算法对超过阈值的卫星网络管理员节点进行更换。最后，

2、文章通过仿真试验对算法性能进行了验证，证明此算法在端到端时延和管理员节点丢包率方面具有优势。关键词双层卫星网络；动态接入；流量预测中图分类号：TP393．04文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．03．012TrafficPrediction—basedRoutingAlgorithmforLEo&GEOSatelliteNetworkYANDongWANGLuyuan(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Satellitenet

3、workhastheadvantageofglobalcoverageandsimpleaccess，SOitiscon—sideredtobeanimportantpartofnextgenerationInternet．Inthispaper，weproposeanoveltrafficpredictionbaseddynamicroutingtechniquefordouble—layeredsatellitenetworks，whichiscalledTPDR．Ithasadouble—layeredstructure，composedofLEOlayerandGEOlayer

4、．TPDRsupportsnewnodestojointhenetwork，andpreventsthemanagernodesfrombecomingoverloa—dedbasedontrafficprediction．Intheend，theperformancesofend—to—enddelayandlossrateofmanagerpacketareevaluatedbysimulations．Keywords：double—layeredsatellitenetworks；dynamicaccess；trafficprediction1引言随着全球一体化进程的加快，人们对

5、于网络技术的依赖程度越来越高。传统网络主要依靠地面的链路和设备传输信息，难以覆盖高山、海洋、沙漠等地形复杂的区域，并且一旦网络链路发生故障，则会造成长时间的网络服务中断，给国家经济和建设造成巨大损失口]。卫星网络具有全球覆盖、接入简单、支持多种业务等诸多优点，在气象预测、环境与灾害监测、资源探测等领域得到广泛应用，被认为是下一代互联网的重要组成部分。由卫星通信技术和组网技术的发展可以看出，卫星网络逐步由单层组网方式发展为多层组网方式。虽然单层组网方式实现较为简单，但却不够灵活，不便于实现网络管理；多层组网方式虽然实现较单层组网方式复杂，并且组网层数越多实现越复杂，但却能很方便地实现网络

6、管理，能够提供包括实时收稿日期：2015—02—13；修回日期：2015—05—05基金项目：国家自然科学基金重大研究计划(91438102)作者简介：阎冬，男，博士，工程师，研究方向为星间网络技术与航天器数据管理技术。Email：yandon9200@163．corn。70航天器工程业务、非实时业务等多种类型的网络服务。当前我国正在开展的导航网络建设，就是一种多层拓扑结构的网络，也因为它良好的覆盖性、较高的数据传输能力等，被诸多研究者认为是未来空间网络的重要组成部分。因此，本文研究多层卫星网络的路由机制对未来卫星网络建设有极强的现实意义。目前，国内外研究人员已经针对多层卫星组网的路由

7、策略进行了一定的研究，并且提出了多种方案。这些方案主要有虚拟节点策略和虚拟拓扑策略[2_6]，大多只对相对固定网络拓扑进行了研究，虽然可以在不同的时间或空间切换路由表，但却无法对临时新加入网络的节点进行网络服务。除此之外，这些方案将拓扑中的某些节点作为网络的管理员节点，并没有关注到这些节点本身的负载状况。在实际情况中，由于卫星的高成本因素，这些管理节点往往并不只是起到网络作用，还要完成其它常规任务。因此，一旦这些管理节点的负载过重，不仅影响它的