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卫星网络正朝着与地面网络融合的方向发展,互联网业务会越来越多地涌入卫星网络,为了满足不同种类业务的服务质量(Quality of Service,QoS)需求,同时解决卫星网络拓扑结构变化频繁、链路传播时延长、地面流量分布不均衡等问题,需要设计高效的星上路由策略。对该领域研究现状的深入了解发现,目前卫星网络路由技术存在对网络结构的依赖程度较大、节点计算复杂性高、星上存储量大的问题,而且没有在满足各类QoS的同时高效利用卫星网络资源,对路由算法在节点失效下抗毁性能的考虑也较少。本文对基于QoS保障的卫星网络路由优化问题进行研究,主要包括以下四个方面的内容:(1)卫星网络路由技术综述。通过对卫星网络组网技术的了解,以及对近几年提出的各类卫星网络路由算法的对比分析,明确了需要解决的关键问题。(2)卫星网络结构建模与仿真。设计了一种基于覆盖分域的双层卫星网络体系结构,包括66个低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星和12个中轨(Medium Earth Orbit,MEO)卫星,两种轨道高度的卫星之间通过非永久的层间链路进行连接。利用卫星仿真工具进行星座模型搭建、轨道数据生成、覆盖性分析和可见性分析,得到每个LEO卫星与MEO层之间的连接关系数据,并使用域管理切换策略对卫星节点上的预存信息进行计算。(3)基于QoS保障的卫星网络路由优化。针对不同的应用需求,定义了四种类型的QoS等级,并提出了一种基于QoS保障的路由算法,该算法从三个方面进行了路由优化:(1)设计了将优先级队列和加权轮询队列结合的多队列调度算法,满足高优先级业务的时延需求,同时保证低优先级业务也有机会使用带宽资源;(2)提出了基于链路状态的动态带宽自适应路由算法,给第三类业务提供带宽保证的同时解决最短路径上的拥塞问题,并充分利用了LEO/MEO双层卫星网络的结构优势进行全局状态感知和路由计算;(3)设计了针对不同业务类型的多路径策略,前两类业务查找时延最短路由表,第三类业务查找带宽自适应路由表,而最后一类业务通过MEO层进行转发。仿真实验结果证明本文提出的算法能够满足四类业务的QoS需求,在平均端到端时延、吞吐量和丢包率方面具有较大优势。(4)卫星网络抗毁路由算法。对影响卫星网络抗毁性的因素进行分析,提出节点覆盖率的概念,并设计了卫星网络抗毁路由策略,通过接入卫星切换、失效状态感知和MEO重路由三个方面增强了路由算法的抗毁性。对网络在单节点和多节点失效场景下进行性能评测,仿真结果表明提出的抗毁路由策略可以应对一定比例内的节点失效情况,能及时恢复网络的业务传输,维持较好的QoS保障能力。