劉冠男++傅寧

摘 要：本文首先分析了多層衛(wèi)星路由研究的現(xiàn)狀，指出當(dāng)前環(huán)境下多層衛(wèi)星路由算法研究的重點(diǎn)在路由的層次化和分層處理。針對(duì)現(xiàn)有路由算法在QoS（Quality of Service）性能上的局限，在此基礎(chǔ)上提出了基于流量工程的最小鏈路代價(jià)多層衛(wèi)星路由算法TE-MSP（Traffic Engineering-Minimizing Sum of Path-cost），建立了流量模型和鏈路代價(jià)公式，并通過仿真驗(yàn)證了該算法能在繁忙時(shí)起到12%的分流效果、并減少23%的鏈路花費(fèi)。

關(guān)鍵詞：多層衛(wèi)星；路由；流量模型；代價(jià)函數(shù)

中圖分類號(hào)：TN915.09 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.10.020

引言

傳統(tǒng)衛(wèi)星和地面網(wǎng)關(guān)以微波作為信息傳輸媒介，受到頻率限制，僅能工作在每秒百兆比特量級(jí)的傳輸速率上，勉強(qiáng)能實(shí)現(xiàn)星上業(yè)務(wù)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能。

近幾十年來，衛(wèi)星激光技術(shù)和節(jié)點(diǎn)處理能力方面的提高，使衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的通信能力提升至一個(gè)新的水平。衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)已從早期的信號(hào)接收處理的中繼站，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂行巧咸幚砟芰εc存儲(chǔ)能力、能夠進(jìn)行自主計(jì)算，使衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間組網(wǎng)的成為可能。

目前國(guó)內(nèi)外已投入使用的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多是單層衛(wèi)星，同時(shí)借助地面站來完成中轉(zhuǎn)和監(jiān)控任務(wù)，不僅不能充分利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的資源和結(jié)構(gòu)，同時(shí)地面站會(huì)受到地理環(huán)境因素的限制而難以完美建立。因此，具有星間鏈路，由多軌道衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò)成為衛(wèi)星通信發(fā)展的趨勢(shì)。同時(shí)針對(duì)多層衛(wèi)星路由的研究仍是當(dāng)前的熱點(diǎn)。在未來空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)融合的發(fā)展背景下，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)因?yàn)樵谄渲械闹匾M成和銜接部分功能正逐漸成為重視和青睞的對(duì)象，而國(guó)內(nèi)外對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的研究仍不成熟，很多關(guān)鍵技術(shù)和核心問題尚待解決。由最初的同步軌道衛(wèi)星發(fā)展到現(xiàn)在的多層協(xié)作衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球、應(yīng)急以及軍事等特殊環(huán)境下的通信優(yōu)勢(shì)越來越明顯。已有的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議包括HSRP （hierarchical satellite routing protocl），MLSR （multilayered satellite routing）， TDRP （tune-slot division QoS routing protocol等。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)路由性能和衛(wèi)星鏈路建模兩方面的研究有很多的經(jīng)驗(yàn)，但將路由技術(shù)應(yīng)用到多層衛(wèi)星場(chǎng)景中是一個(gè)新的領(lǐng)域。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)作為解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)局限性和滿足通信需求的關(guān)鍵，成為國(guó)內(nèi)外社會(huì)研究的熱點(diǎn)。

國(guó)外方面，2000年，韓國(guó)的Jae-Wook Lee等人提出了星上星系統(tǒng)，利用多層網(wǎng)絡(luò)解決星間長(zhǎng)距離傳輸問題，并提出了HSRP算法。2010年，土耳其的A.AIGhamdi等人提出了一種基于虛擬區(qū)域的最小帶寬算法。該算法根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量選擇最短路徑，具有較好的復(fù)雜度和QoS性能但局限于單層衛(wèi)星。2011年，日本的Noriki Uchida等人基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)研究多路徑冗余方案以應(yīng)對(duì)災(zāi)難場(chǎng)景，利用鏈路存活檢測(cè)和多路徑概率傳輸?shù)燃夹g(shù)手段保證數(shù)據(jù)的安全性，但沒有關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的QoS性能。

國(guó)內(nèi)，2012年，哈爾濱工程大學(xué)的楊春秀提出并設(shè)計(jì)了優(yōu)化的路由協(xié)議NMLSR （New Multi-LayeredSatellite Routing），該路由協(xié)議相對(duì)于MLSR（Multi-Layered Satellite Routing）協(xié)議具有較小的路由開銷，較低的丟包率。但適用的場(chǎng)景受到限制。2012年浙江大學(xué)的鄧德鑫提出了基于MPLS的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法，采用信息采集的路由策略，針對(duì)時(shí)延敏感和業(yè)務(wù)需求進(jìn)行了問題建模，缺少對(duì)因素的綜合考慮。2014年，西安電子科技大學(xué)的陳競(jìng)提出了一種適用于雙層衛(wèi)星網(wǎng)的非對(duì)稱路由協(xié)議-A-SGRP （Asymmetric-Satellite Grouping and Routing Protocol）路由協(xié)議主要從最短路徑計(jì)算、路由表優(yōu)化和特殊鏈路情況處理方案這三方面對(duì)SGRP （SatelliteGrouping and Routing Protocol）協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)及優(yōu)化。但還有全局路由定期更新效率低的問題。

目前對(duì)多層衛(wèi)星路由算法的研究主要是單一的時(shí)延丟包率等因素，沒有對(duì)時(shí)延、帶寬等鏈路因素進(jìn)行綜合考率，同時(shí)許多算法采用分組思想，選擇覆蓋時(shí)間長(zhǎng)的波束進(jìn)行接入，限制了衛(wèi)星的選擇并需要地面站屆入。因此本文提出基于流量工程的最小鏈路代價(jià)多層衛(wèi)星路由算法TE-MSP（Tratric Engineer-ing-Minimizing Sum of Path-cost）設(shè)計(jì)流量模型，控制流量分配減少擁堵提出鏈路代價(jià)函數(shù)，綜合考慮QoS因素影響，以時(shí)延帶寬作為公式因子，既保證了QoS性能，同時(shí)避免了對(duì)接入控制的限制。

1 基于流量工程的最小鏈路代價(jià)多層衛(wèi)星路由算法

為了減輕網(wǎng)絡(luò)擁塞，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的流量進(jìn)行合理控制，因此提出基于流量工程的最小鏈路代價(jià)多層衛(wèi)星路由算法TE-MSP （Tratllc Engineering-MinimizingSum of Path-cost），本算法借助流量工程中設(shè)計(jì)流量模型，提出鏈路代價(jià)函數(shù)，綜合考慮多QoS因素的影響，從而選擇出適應(yīng)大容量、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)路徑，在特定情況下具有更好的時(shí)延和鏈路條件，具有一定的擁塞控制能力。應(yīng)用該算法的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖l所示。

圖l所述的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由LEO/MEO兩層衛(wèi)星組成。層內(nèi)衛(wèi)星由層內(nèi)鏈路連接，兩層衛(wèi)星間由層間鏈路連接。MEO對(duì)低層衛(wèi)星具有數(shù)據(jù)收集管理功能，因此層間鏈路具有充足的帶寬。

1.1 流量工程

流量工程指通過路由選擇均衡網(wǎng)絡(luò)流量，使數(shù)據(jù)均勻分布，減少網(wǎng)絡(luò)擁堵的技術(shù)。在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，大量用戶和業(yè)務(wù)存在，網(wǎng)絡(luò)中存在大量數(shù)據(jù)，如果采用RIP （Routing Information Protocol）、OSPF （OpenShortest Path First）等最短路徑協(xié)議，會(huì)導(dǎo)致某些節(jié)點(diǎn)具有大量數(shù)據(jù)排隊(duì)，增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，降低全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的利用率。

流量工程中的指標(biāo)有鏈路級(jí)別，即：帶寬、時(shí)延、利用率：還有流量請(qǐng)求級(jí)別，即：最小化路徑時(shí)延（路徑上所有鏈路時(shí)延之和）、路徑最大鏈路利用率和路徑最大可用帶寬。本文借助流量工程，設(shè)計(jì)雙層衛(wèi)星的物理拓?fù)溆成湟?guī)則，提出流量分配公式，從而優(yōu)化流量工程指標(biāo)。

流量通過映射分布到網(wǎng)絡(luò)的各鏈路中，映射方式可以表示為不同節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)移概率。轉(zhuǎn)移概率的計(jì)算過程需要獲取全局的拓?fù)湫畔?。首先多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)采用RIP算法，衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)向相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，各節(jié)點(diǎn)通過包里的ST table逐漸修改完善拓?fù)湫畔ⅲ浒袷皆O(shè)計(jì)如下圖2所示。

ST table中記錄了節(jié)點(diǎn)s，t之間的跳數(shù)H，（i，j）∈E的時(shí)延delay（i，j）。ιij表示鏈路的流量，ci，j表示最大容量，則對(duì)于i，j都屬于LEO節(jié)點(diǎn)時(shí)，公式（1）表示（i，j）的轉(zhuǎn)移概率。

在公式（1）中，表示利用率的倒數(shù)，與轉(zhuǎn)移概率之間是負(fù)指數(shù)關(guān)系，這是為了強(qiáng)調(diào)利用率對(duì)轉(zhuǎn)移概率的負(fù)反饋?zhàn)饔谩、T表示時(shí)延越短，跳數(shù)越小的路徑上的鏈路轉(zhuǎn)移概率越大。

對(duì)于i，j中存在MEO節(jié)點(diǎn)的情況不能簡(jiǎn)單的使用公式（1），使用MEO時(shí)應(yīng)該考慮MEO衛(wèi)星承載著核心管理功能，不能考慮線性的使用概率。同時(shí)MEO衛(wèi)星的帶寬充足，主要考慮發(fā)生流量碰撞造成的影響。

MEO的下行端口數(shù)為M，已使用的端口為數(shù)N，為了避免流量較大時(shí)發(fā)生碰撞，從而使下行鏈路時(shí)延增加，LEO丟包率增大，MEO選擇的概率公式如公式（2）。w1、W2是調(diào)整MEO選擇概率的權(quán)值，改變它們將改變曲線的平緩和尖銳區(qū)間并能控制其轉(zhuǎn)變閾值，從而使MEO的使用方式靈活自由。通過仿真驗(yàn)證，w1取值為1，w2取值0.6時(shí)，接入MEO的概率幾乎不受影響且發(fā)生碰撞的概率較小。

拓?fù)溆?jì)算后的R表示在節(jié)點(diǎn)s，t間的轉(zhuǎn)移概率，網(wǎng)絡(luò)中的流量矩陣用D表示，它代表網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)s，t之間的流量請(qǐng)求值，物理拓?fù)渑c流量矩陣的乘積就是網(wǎng)絡(luò)流量分布L。在一個(gè)有向圖G （V，E）中，L是具有E個(gè)元素的向量，R是DxE的矩陣.如公式（3）所示，其中rde，o≤rde≤1，d∈{（s，t）|s，t∈V），e∈E。

鏈路的負(fù)載L=DxR表示s，t之間的流量之和。說明流量的輸出由轉(zhuǎn)移概率矩陣和網(wǎng)絡(luò)流量決定，以概率公式的方法可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。

在解決實(shí)際問題時(shí)需要引入約束條件，如帶寬、時(shí)延等因素，并通過定義路徑的選擇方式得到優(yōu)化路由。如果以￠i，j表示鏈路（i，j）上的路由代價(jià)，則鏈路代價(jià)約束的公式如下式（4）

鏈路代價(jià)的具體內(nèi)容在下一節(jié)。

1.2 鏈路代價(jià)模型

星上星系統(tǒng)是一種連接LEO及其上層衛(wèi)星的架構(gòu)，該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)是短距離使用LEO發(fā)送，長(zhǎng)距離使用MEO進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在數(shù)據(jù)量較大的情況下，會(huì)造成ISL堵塞，影響通信質(zhì)量。引入QoS指標(biāo)，進(jìn)行時(shí)延受限下的負(fù)載均衡，從而實(shí)現(xiàn)流量工程對(duì)數(shù)據(jù)流量進(jìn)行規(guī)劃分配的目的。本算法的模型建立在該系統(tǒng)之上。

QoS是本模型關(guān)注的重點(diǎn)，針對(duì)QoS的度量因素有凹形受限、路徑最優(yōu)等思路。在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中關(guān)注QoS因素，主要是針對(duì)時(shí)延、帶寬、吞吐量、丟包率等因素，通過選擇鏈路條件，限制不穩(wěn)定的連接情況，對(duì)節(jié)點(diǎn)的屬性進(jìn)行考慮而獲得QoS性能提升。本文綜合考慮多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，以節(jié)點(diǎn)帶寬作為衡量節(jié)點(diǎn)忙碌的因素，以鏈路的代價(jià)衡量鏈路的繁忙和優(yōu)劣性，建立QoS模型。

分析路由算法時(shí)，將多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)看做簡(jiǎn)單帶權(quán)無向連通圖G= （V，E）。V是圖中所有交點(diǎn)的集合，E是圖中所有邊的集合。針對(duì)圖化網(wǎng)絡(luò)的元素度量方案如邊長(zhǎng)度、邊權(quán)值、節(jié)點(diǎn)獨(dú)立屬性、節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)屬性及結(jié)合式等。本文選擇邊和節(jié)點(diǎn)結(jié)合的方式度量網(wǎng)絡(luò)。設(shè)每條邊的權(quán)值代表鏈路的代價(jià)，函數(shù)表示為cost （e）。設(shè)時(shí)延函數(shù)為delay （e），帶寬函數(shù)為bandwidth （e），各參數(shù)的計(jì)算公式如下。

其中D表示從源節(jié)點(diǎn)R到目的節(jié)點(diǎn)S的一條可行路徑，公式（5）（6）（7）中的D （p）、C（p）、B（p）分別表示該路徑的時(shí)延、代價(jià)、最小帶寬。時(shí)延的約束條件為D，帶寬的約束條件為B。

當(dāng)所選鏈路使用較少時(shí)時(shí)延短、丟包率低，但出于相對(duì)偏遠(yuǎn)位置，會(huì)導(dǎo)致時(shí)延較長(zhǎng)：而過于關(guān)注時(shí)延，如使用最短路徑等可能造成大量的數(shù)據(jù)堆積，嚴(yán)重?fù)p壞鏈路帶寬和丟包率。因此引入鏈路代價(jià)函數(shù)，鏈路的代價(jià)綜合考慮所選鏈路的帶寬和鏈路長(zhǎng)度，由時(shí)延、帶寬組成代價(jià)函數(shù)，由系數(shù)wl和w2調(diào)節(jié)時(shí)延和帶寬的敏感程度，wl+w2=1，通常各取0.5。時(shí)延相對(duì)于帶寬很小，對(duì)帶寬進(jìn)行歸一化處理。所選鏈路綜合考慮帶寬、丟包率，代價(jià)最小的情況下保證了帶寬、時(shí)延處于平衡狀態(tài)，其代價(jià)函數(shù)如公式（8）。

cost（e）=w1·delay（e）+w2·bind（e），e∈p

（8）

對(duì)于整條路徑來說，通過不同狀態(tài)下鏈路的平均長(zhǎng)度估算鏈路的花費(fèi)比較簡(jiǎn)單易行。對(duì)于walker星座來說，單層衛(wèi)星內(nèi)結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，不同軌道的衛(wèi)星的分布具有規(guī)律性，因此針對(duì)固定的星座在大量通信的情況下對(duì)路徑采用統(tǒng)計(jì)平均的方式是可行的。設(shè)所有可行路徑的集合P={Ps，d （n）|n=1，2…N}，針對(duì)路徑的花費(fèi)函數(shù)公式見公式（9）。

時(shí)延主要由發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延組成。在多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，傳播時(shí)延是主要的影響因素。而排隊(duì)時(shí)延由網(wǎng)絡(luò)繁忙度U和節(jié)點(diǎn)傳輸速率T和包的平均大小P決定，排隊(duì)時(shí)延D的計(jì)算公式如下。

公式中的S表示報(bào)文的處理速度，A表示衛(wèi)星路由的處理速度，U表示節(jié)點(diǎn)繁忙度。較小的數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸時(shí)，發(fā)送時(shí)延很短，可以忽略不計(jì)，因此總體時(shí)延T為傳播時(shí)延與排隊(duì)時(shí)延之和，如公式（11）。傳播時(shí)延公式參數(shù)有鏈路長(zhǎng)度L和傳輸速度V。

本文提出的算法是基于流量工程的最小鏈路代價(jià)算法，路徑帶寬受限而鏈路代價(jià)最小，在網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)流量不會(huì)過于集中，時(shí)延帶寬和丟包率形成的代價(jià)花費(fèi)最小，其模型如公式（12）。

該模型屬于QoS常用的雙度量參數(shù)——路徑最優(yōu)參數(shù)模型，即帶寬受限約束，鏈路代價(jià)代價(jià)最小，該問題是線性規(guī)劃問題。在兩層網(wǎng)絡(luò)中，上層網(wǎng)絡(luò)對(duì)LEO的完全控制，管理全局信息，具有較大的帶寬，因此可將模型計(jì)算過程分為TE-MSP算法啟用前和啟用后兩種情況。

1.3 多層衛(wèi)星路由方案

MEO和LEO每時(shí)每刻都在運(yùn)動(dòng)，兩層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)隨時(shí)變化，因此建立的路由策略必須考慮星間鏈路的改變。當(dāng)衛(wèi)星移動(dòng)到鏈路邊緣時(shí)發(fā)生斷裂，此時(shí)會(huì)影響數(shù)據(jù)正常傳輸，建立路由時(shí)也需要考慮。

（1） LEO發(fā)送拓?fù)涮綔y(cè)信息，獲取流量矩陣

（2） MEO匯聚流量信息計(jì)算概率轉(zhuǎn)移矩陣

（3） LEO接收到用戶請(qǐng)求，將呼叫請(qǐng)求發(fā)給MEO，MEO根據(jù)流量公式和鏈路代價(jià)模型計(jì)算路徑程，建立路由表項(xiàng)

（4） MEO將路由表項(xiàng)分發(fā)給LEO，LEO傳給用戶作為封裝的包頭

（5）用戶開始傳輸數(shù)據(jù)

2 仿真結(jié)果分析

為了證明流量工程的流量管理功能，先設(shè)計(jì)如下仿真。對(duì)某次接入MEO的請(qǐng)求，當(dāng)前端口的使用情況與請(qǐng)求響應(yīng)的概率。其數(shù)據(jù)見圖3。

如圖3所示，當(dāng)端口使用率小于0.5時(shí)，MEO的采用率下降平緩，峰值大于0.6，增加了MEO接入使用的機(jī)會(huì)。當(dāng)端口使用率大于0.5時(shí)，MEO的接入概率下降速度加快，使用概率0.7時(shí)請(qǐng)求響應(yīng)概率僅0.25，從而減少碰撞的發(fā)生。

為了驗(yàn)證本算法在LEO衛(wèi)星間的流量管理功能，設(shè)計(jì)仿真如下，對(duì)某節(jié)點(diǎn)的鏈路使用OSPF算法和TE-MSP算法在一段時(shí)間內(nèi)處理擁塞的情況。OSPF是典型的隨機(jī)取路算法。其結(jié)果如圖4。

如圖4所示，在O.lmin處，OSPF算法的流量為30Mbps，而本算法為50Mbps。在流量較低的時(shí)候，OSPF算法按照概率取路，對(duì)本節(jié)點(diǎn)的時(shí)延、跳數(shù)等因素考慮不足，分配流量數(shù)低于本算法，對(duì)節(jié)點(diǎn)的利用效果不好。在時(shí)間為0.4min時(shí)，OSPF流量達(dá)到了90Mbps，而本算法的流量為80Mbps。而時(shí)間為0.6min時(shí)，OSPF算法的流量為98Mbps，TE-MSP算法流量為86Mbps。說明當(dāng)流量增加造成擁堵時(shí)，OSPF算法任然隨機(jī)分配流量，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)流量不減少，丟包率增加，通信性能不好。而TE-MSP算法通過轉(zhuǎn)移概率公式調(diào)節(jié)流量，取得了12%的分流效果，減少了擁堵。

為了證明鏈路代價(jià)模型的先進(jìn)性，本文對(duì)OSPF算法和TE-MSP算法在不同的鏈路利用率的時(shí)延進(jìn)行了仿真對(duì)比。仿真結(jié)果如圖5。為了進(jìn)行仿真，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的路徑長(zhǎng)度進(jìn)行平均估算。OSPF算法所選擇的路徑總是最短，雖然傳播時(shí)延較短，但是在網(wǎng)絡(luò)繁忙的情況下，相對(duì)的排隊(duì)時(shí)延會(huì)變長(zhǎng)，從而影響路徑的時(shí)延因素。在該網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中，OSPF算法只會(huì)經(jīng)過LEO衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)。對(duì)6*6矩陣的LEO衛(wèi)星來說，可以將路徑的跳數(shù)進(jìn)行平均估算。在本場(chǎng)景中，LEO的到最遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)的最近跳數(shù)是6，繁忙度超過50%后每增加10%需要增加一條冗余，因此最大跳數(shù)HOPmax是9，而最小跳數(shù)HOPmin為1。因此在計(jì)算傳播時(shí)延時(shí)，以平均跳數(shù)5作為傳播跳數(shù)。

圖5為使用OSPF算法和TE-MSP算法的時(shí)延情況。當(dāng)鏈路利用率在0.4-0.75之間，此時(shí)鏈路的傳播時(shí)延起著更大的效果。OSPF算法的較短路徑具有更少的時(shí)延。但隨著利用率增加，超過0.75后，排隊(duì)時(shí)延急劇增加，導(dǎo)致OSPF算法的整個(gè)時(shí)延已經(jīng)大于TE MSP算法時(shí)延。說明場(chǎng)景處于繁忙狀態(tài)時(shí)，TE-MSP算法的平均時(shí)延較短。

為了得出TE-MSP算法在不同環(huán)境條件下的鏈路花費(fèi)，并驗(yàn)證該算法具有較小的鏈路代價(jià)，對(duì)OSPF算法和本算法在不同的鏈路利用率下進(jìn)行了仿真。結(jié)果如圖6。

鏈路利用率低于0.4時(shí)，兩種算法區(qū)別不大。因此對(duì)利用率在0.4以后的情況進(jìn)行分析。如圖5所示，當(dāng)利用率高于0.4后，TE-MSP算法把擁塞鏈路的數(shù)據(jù)通過MEO進(jìn)行傳輸。在利用率為0.4-0.65之間，此時(shí)多余的數(shù)據(jù)不消耗太多的排隊(duì)時(shí)延，此時(shí)傳輸時(shí)延占據(jù)鏈路代價(jià)的大部分，可以看到此時(shí)鏈路代價(jià)略高于最短路徑算法。但隨著利用率增加，TE-MSP算法把帶寬控制在lOOOkhz左右，并通過轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)減少排隊(duì)時(shí)延，因此傳播時(shí)延變長(zhǎng)的對(duì)代價(jià)的影響減弱，當(dāng)鏈路利用率>0.65時(shí)，TE-MSP算法的代價(jià)已經(jīng)小于繼續(xù)按照最短路徑算法選路的代價(jià)。隨著繁忙度增加，TE-MSP算法的效果增加，在峰值處代價(jià)減少23%。

本文首先對(duì)MEO端口使用率與請(qǐng)求響應(yīng)情況的關(guān)系進(jìn)行了仿真，以及LEO衛(wèi)星在遇到大流量時(shí)本算法與OSPF算法的對(duì)比仿真，證明了本算法提出的流量公式的分流作用；然后仿真對(duì)比了本算法和OSPF算法在不同鏈路利用率的時(shí)延曲線，可以看出本算法在繁忙場(chǎng)景中控制時(shí)延增長(zhǎng)的效果；最后仿真對(duì)比了兩種算法的鏈路代價(jià)，證明了本算法在控制鏈路花費(fèi)上的優(yōu)越性。

3 總結(jié)

本文針對(duì)多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由算法提出了基于流量工程的最小鏈路代價(jià)算法，本算法綜合考慮QoS因素，比傳統(tǒng)算法更合理，以時(shí)延、帶寬形成鏈路代價(jià)函數(shù)，借助流量工程思想，通過流量轉(zhuǎn)移概率限制鏈路使用率，從而使數(shù)據(jù)的傳輸代價(jià)降低，網(wǎng)絡(luò)擁塞情況減小。通過仿真結(jié)果可知，在復(fù)雜的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，本算法可以有效應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)繁忙的情況，具有可靠的流量調(diào)節(jié)功能，減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，提高帶寬利用率，滿足業(yè)務(wù)的QoS需求。