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随着通信需求的发展,卫星系统凭借其覆盖区域广、受地形地貌影响小、不受自然灾害影响等特点,在民用通信和应急通信中发挥了重要作用。其中低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星因时延低,成本低等特征,成为了大规模卫星组网的新热点方向。LEO网络存在两大问题:第一,LEO星座运行速度较快,在高纬度地区因天线角速度加快导致异轨链路断开,拓扑结构周期性频繁变化;第二,由于大陆面积和海洋面积比例不均,用户分布和需求存在差异,LEO网络中流量分布较为不均。如何针对以上两个问题实现LEO星上路由的负载均衡是本文研究的问题。目前LEO星上路由生成方案之一是快照序列算法,在快照路由执行期间,卫星路由路径不会更改,若流量分布不均引发链路拥塞,快照序列算法无法应对。在上述背景下,本文主要完成了以下两项工作:(一)提出了一种选择性迭代的最短路径算法。该算法应用于快照序列算法中计算星上路由路径。该算法基于Dijkstra算法,优化寻路过程,降低节点的重复使用频率,寻找可替代的等价最短路径,均匀利用链路,可在星间路由初始化阶段将流量均匀分布在网络中。仿真表明,选择性迭代的最短路径算法与Dijkstra算法相比,降低了拥塞链路数量,提高网络可承载的流量,使网络流量分布更为均匀,具有较好的负载均衡性能。(二)基于上述算法,提出了选择性分流的负载均衡策略,以应对LEO网络中突发链路拥塞。该负载均衡策略采用分布式策略,使用分流思想,将拥塞节点的业务流分流至邻居节点,再由邻居节点按其路由表发送至目的节点。该负载均衡策略合理设计了业务流分流方向,分流比率和分流方式,解决链路拥塞的同时减少了分流业务流对邻居节点的负担,降低星上计算资源和信令交互的需求。仿真表明,选择性分流的负载均衡策略可以解决星间路由部分链路拥塞问题,并在分流之后减少新的拥塞链路生成,再次提高了网络可承载的流量,使链路负载更为均匀,具有较好的负载均衡性能。本文先后提出了选择性迭代的最短路径算法和选择性分流的负载均衡策略,不仅解决了快照序列算法中链路利用不均的问题,也解决了 LEO网络突发链路拥塞无法及时应对的难点,对星上节点的计算资源、存储资源、信令交互需求较低,在一定程度上提高了网络可承载的流量,使LEO网络链路负载配比更为均衡。

关键词：低轨卫星负载均衡星间路由流量分流

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