Lite-FRR：基于分段路由的衛星網絡輕量化快速重路由算法研究

摘 要：低地球軌道（Ｌｏｗ Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔ，ＬＥＯ）衛星網絡具有低時延和大容量的特性，成為未來衛星通信領域的一個關鍵發展趨勢。由于衛星處于電磁開放空間，易受到電磁干擾和網絡攻擊等因素影響，導致網絡節點或鏈路出現故障。為應對挑戰，確保衛星網絡在出現故障時能夠保持流量轉發的穩定性，在深入分析現有重路由算法在衛星網絡應用中的優勢與局限性的基礎上，創新性提出了一種基于分段路由（Ｓｅｇｍｅｎｔ Ｒｏｕｔｉｎｇ，ＳＲ）的輕量化快速重路由（Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ-Ｆａｓｔ Ｒｅ-Ｒｏｕｔｉｎｇ，Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ）算法，通過利用衛星網絡的時空信息來計算備份的無環路徑，有效降低計算復雜度。考慮衛星星座的空間分布特性，設計了一種隧道傳輸機制，以實現衛星網絡的快速重路由（Ｆａｓｔ Ｒｅ-Ｒｏｕｔｉｎｇ，ＦＲＲ）。仿真實驗結果表明，在４３２ 顆衛星星座場景下，當衛星網絡遭遇鏈路故障，Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 備份路由計算時間僅為傳統拓撲無關無環路備份（Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ-Ｌｏｏｐ Ｆｒｅｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｅ，ＴＩ-ＬＦＡ）算法的１ ／ ２０，有效減少備份路徑的計算時間，確保了流量業務傳輸的高質量，提升了衛星網絡的可靠性，也為未來衛星通信的發展提供了有力支撐。

關鍵詞：低地球軌道衛星網絡；重路由；無環備份路徑；分段路由

中圖分類號：ＴＮ９２ 文獻標志碼：Ａ 開放科學（資源服務）標識碼（ＯＳＩＤ）：

文章編號：１００３－３１１４（２０２４）０４－０６７４－０７

０ 引言

隨著通信技術的迅猛發展和通信需求的日益多樣化，傳統的地面通信網絡在解決覆蓋范圍限制和高昂的設備鋪設成本方面力不從心。相比之下，低地球軌道（Ｌｏｗ Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔ，ＬＥＯ）衛星網絡以其低時延、大容量和高覆蓋率的優勢脫穎而出。與此同時，航天技術的進步還使衛星通信的成本逐漸降低，使衛星網絡成為６Ｇ 移動通信技術研究的一個新興方向［１－３］。

然而，ＬＥＯ 衛星網絡的拓撲結構動態且多變，導致網絡節點間的通信鏈路時斷時續。同時，ＬＥＯ衛星網絡處于電磁開放的空間環境中，容易受到電磁干擾、物理攻擊或網絡攻擊的影響，引發鏈路故障或節點故障［４－５］。因此，迫切需要研究一種星上自主的快速重路由（Ｆａｓｔ Ｒｅ-Ｒｏｕｔｉｎｇ，ＦＲＲ）機制，以便在發生故障時能夠迅速繞過故障鏈路或節點，實現星間轉發路徑的快速恢復，確保業務流的連續傳輸，從而增強衛星網絡服務的魯棒性。

現有的衛星網絡重路由算法雖然借鑒了地面網絡的相關機制，但由于衛星節點的星上計算資源有限，且網絡拓撲結構隨時間高度動態變化，這些算法在應用于衛星網絡時可能會因復雜度過高而導致路由無法收斂［６ － ７］。針對這些問題，本文創新性地提出了一種基于分段路由（Ｓｅｇｍｅｎｔ Ｒｏｕｔｉｎｇ，ＳＲ）的衛星網絡輕量化快速重路由（Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ-Ｆａｓｔ Ｒｅ-Ｒｏｕｔｉｎｇ，Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ）算法。該算法基于衛星網絡拓撲中同軌節點間鏈路長期連通的前提，旨在確保衛星網絡備份路由路徑的高效計算，并能夠與基于最短路徑優先（Ｓｈｏｒｔｅｓｔ Ｐａｔｈ Ｆｉｒｓｔ，ＳＰＦ）的路由協議有效融合。

１ ＦＲＲ 技術

針對衛星通信網絡領域發生的鏈路和節點故障，通常通過迅速調整衛星的物理設備狀態來恢復底層的傳輸網絡。然而，這種恢復手段并非萬無一失，網絡層面往往需要在故障發生后重新規劃路由路徑。在任意兩個衛星節點通過星間鏈路傳輸數據時，會根據數據流量的特性分配相應的策略路由。一旦網絡中的某個鏈路或節點發生故障，路由協議將啟動重路由機制，為數據包提供一條繞過故障點的路徑［８－９］。因此，為了提升網絡性能，采用合理的重路由計算機制，可以顯著增強網絡的抗毀損能力，滿足衛星網絡的數據通信需求。

借鑒地面網絡的相關機制，重路由方法主要分為被動重路由和主動重路由兩種。被動重路由通常在故障發生后才啟動，以恢復受影響的流量。這種機制通常依賴內部網關協議（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｇａｔｅｗａｙ Ｐｒｏｔｏ-ｃｏｌ，ＩＧＰ），例如開放ＳＰＦ（Ｏｐｅｎ ＳＰＦ，ＯＳＰＦ）來識別網絡故障，并等待網絡節點收斂至更新后的拓撲結構，完成重路由［１０－１１］。被動重路由機制通常需要數秒甚至數分鐘的故障探測和路由收斂時間，這無法滿足在故障情況下對數據連續傳輸的需求。

相比之下，主動重路由在流量建立之初就為其分配了備份資源。路由器通過檢測鏈路或相鄰節點的故障，在故障發生時激活備份路徑，繞過故障鏈路或節點，并迅速通過預先設定的備份路徑重新路由流量。然而，在主動重路由機制中，只有與故障相鄰的節點能夠立即感知故障，而不相鄰的節點則需要依賴ＩＧＰ 的收斂過程來識別故障，導致故障發現的速度較慢。此外，網絡中的其他節點可能仍依據舊的網絡狀態進行數據轉發，這可能導致路由環路的出現，即無環路備份（Ｌｏｏｐ Ｆｒｅｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｅ，ＬＦＡ）路徑問題。

文獻［７］提出了常用的主動重路由方法ＦＲＲ，允許數據流通過本地修復點（Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ｌｏｃａｌ Ｒｅｐａｉｒｅ，ＰＬＲ）繞過故障點重新選擇路由路徑。然而，ＰＬＲ 在故障點周圍重新路由時，可能由于修復路徑非最優而導致路由效率降低，同時如果相鄰節點無法提供ＬＦＡ，還可能出現無備份路徑的問題。

文獻［１２－１３］對遠程ＬＦＡ 進行了規定和實現細節的描述，有效彌補了ＦＲＲ 的不足，通過多協議標簽交換（Ｍｕｌｔｉ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ＭＰＬＳ）技術將數據路徑指向一個遠程節點，該節點到目的地的最短路徑不經過ＰＬＲ，從而計算備份路徑。然而，遠程鏈路狀態通告（Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ，ＬＳＡ）方案在遠程節點選擇上存在問題，可能沒有合適的遠程節點來轉發數據。文獻［１４－１５］提出了基于ＳＲ的拓撲無關無環路備份（Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ-ＬｏｏｐＦｒｅｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｅ，ＴＩ-ＬＦＡ），以彌補遠程ＬＳＡ 的不足。利用ＳＲ 路徑，ＰＬＲ 可以將受影響的流量引導至從ＰＬＲ 到目的地的后匯聚路徑，從而恢復故障，解決了遠程ＬＳＡ 方案中遠程節點選擇的問題。ＴＩ-ＬＦＡ算法在解決網絡故障時需要為每個目的網段計算備份ＳＲ 路徑。對于大規模的ＬＥＯ 衛星網絡，節點數量通常超過百顆，而星上載荷的計算能力相對較低，為每個網段計算備份ＳＲ 路徑的開銷較大，可能會影響衛星節點處理其他數據的力。

文獻［１６］設計了一種適用于包含中繼衛星的ＬＥＯ 衛星網絡基于ＳＲ 的ＦＲＲ 算法，結合了集中式和分布式路由的優勢，設計了一種無需全局重新計算即可更新和維護備份路徑的解決方案。然而，該算法在拓撲層面存在限制，需要額外規劃中繼衛星并合理分配計算衛星與轉發衛星的角色，計算衛星需要與地面節點頻繁通信以保證算法的運行，且在鏈路或節點故障時鏈路的平均時延較長。

ＬＥＯ 衛星網絡的重路由算法還需要解決在網絡故障時至少計算一條滿足約束的ＬＦＡ 路徑的問題，以確保數據包通過無故障路徑被轉發至目的地。由于網絡中各節點距離故障點的空間位置不同，導致它們對網絡全局拓撲的感知也不同。數據包在傳輸過程中，當感知到下一個節點為故障節點時，該節點會利用重路由算法計算出的備份路徑將數據包轉發至目的地。然而，備份路徑可能與無故障情況下的路由路徑重合，從而引發網絡環路，造成鏈路擁塞［１７－２０］-因此，在數據傳輸過程中不會產生路由環路是重路由算法的前提。

針對上述挑戰，本文提出了一種基于ＳＲ 的Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法，針對衛星網絡節點規模大、空間環境中干擾或攻擊導致的鏈路／ 節點故障頻率高的特點，設計了局部衛星備份路徑計算模塊和全局衛星備份路徑推導模塊。在分階段計算衛星網絡中各網段的備份路徑的同時，確保數據包沿ＳＲ 顯式路徑無環轉發，實現衛星網絡在鏈路／ 節點故障情況下的路由快速收斂。局部衛星備份路徑計算模塊根據本衛星的ＩＧＰ 路由計算出的最短路徑樹，在其他軌道面上分別選擇與本衛星距離最近的衛星節點［ｓａｔｏ１ｉ１，ｓａｔｏ２ｉ２，…，ｓａｔｏｍ－１ｉｎ］，ｍ 為軌道數，ｉｎ 取值范圍為軌道面上衛星個數，該節點數量即為軌道數，取值范圍為軌道面上衛星的數量，并在本節點維護到這些選定衛星的端到端ＳＲ 路徑。全局衛星備份路徑計算模塊則根據局部計算結果，計算其他軌道面上剩余衛星節點的端到端ＳＲ 路徑，并在本節點維護與所有衛星的備份路徑。

２ 基于ＳＲ 的Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法設計

本文提出的基于ＳＲ 的Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法核心理念，是通過局部衛星備份路徑計算模塊和全局衛星備份路徑推導模塊，預先計算并確定備用路徑。該算法將端到端的ＳＲ 路徑中每個網段視作一個由主用路徑和備用路徑構成的受保護路徑。

總體而言，Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法利用雙向轉發檢測（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ＢＦＤ）協議構建故障探測機制，以確得ＰＬＲ 對鏈路狀態的快速和高效檢測。當鏈路或節點故障發生時，ＰＬＲ 能夠迅速利用預先計算的備用路徑替代原有的主用路徑，從而避免了因ＩＧＰ 對鏈路狀態感知的延遲而導致的長時間路由中斷問題。

局部衛星備份路徑計算模塊承擔的主要任務是依據ＩＧＰ 協議計算出的最短路徑信息，在模擬目的地網段輸出接口不可用的情形下，計算出備用路徑。在節點選擇上，該模塊遵循軌道面劃分的原則，確保每個軌道面上僅針對一個衛星節點計算備用路徑。

而全局衛星備份路徑推導模塊，則在局部模塊計算結果的基礎上，根據同軌節點間鏈路的穩定性，推導出軌道面內所有其他節點的備用路徑。這一全局視角的模塊設計，旨在實現更高效、更穩定的衛星網絡重路由策略，以適應衛星網絡在面對鏈路或節點故障時的動態需求。局部衛星備份路徑計算與全局衛星備份路徑推導模塊計算范圍如圖１ 所示。

２． １ 局部衛星備份路徑計算模塊設計

局部衛星備份路徑計算模塊負責計算出到達網絡內其他各個軌道面距離最近節點的備份路徑，當發生節點或鏈路故障時，源節點經逐跳轉發路徑到達感知到故障的節點，該節點將報文經備份路徑轉發到目的節點。

局部衛星備份路徑計算模塊沿用ＴＩ-ＬＦＡ 中Ｐ 空間、Ｑ 空間、拓展Ｐ 空間等定義，基于ＩＧＰ 的計算結果構建ＦＲＲ 計算集合，將節點的計算范圍含蓋至遠端節點，而不僅限于鄰居節點，保證了衛星環境中備份路徑計算的成功概率。Ｐ 空間、Ｑ 空間、拓展Ｐ 空間具體定義及ＰＱ 節點選擇規則如下：

① Ｐ 空間：以保護鏈路源端為根節點建立ＳＰＦ樹，所有從根節點不經過保護鏈路／ 節點可達的節點集合稱為Ｐ 空間。

② Ｑ 空間：以保護鏈路末端為根節點建立反向ＳＰＦ 樹，所有從根節點不經過保護鏈路可達的節點集合稱為Ｑ 空間。

③ 拓展Ｐ 空間：當Ｐ 空間和Ｑ 空間沒有交集，無法選出ＰＱ 節點時，需計算Ｐ 擴展空間，以保護鏈路源端的所有鄰居為根節點分別建立ＳＰＦ 樹，所有從根節點不經過保護鏈路可達的節點集合稱為拓展Ｐ 空間。

ＰＱ 節點選擇規則：ＰＱ 節點在Ｐ 空間／ 拓展Ｐ空間、Ｑ 空間的交集中選擇，當交集中包含多個節點時，選擇離源節點最近的節點為ＰＱ 節點。

在ＩＧＰ 中會針對每一個網段計算最短路徑，為降低局部衛星備份路徑計算模塊計算層面的復雜度，會有效利用計算出的最短路徑信息。以源節點ｓ 為根，在ＩＧＰ 維護的網絡全局ＳＰＦ 樹上剪切掉故障節點或鏈路生成新的ＳＰＦ 樹，ＳＰＦ 樹上節點的集合記為Ｐ 空間；以目的節點ｔ 為根，利用ＩＧＰ 維護的網絡拓撲信息生成到達源節點ｓ 的逆向ＳＰＦ 樹，在ＳＰＦ 樹上剪切掉故障節點或鏈路生成新的ＳＰＦ 樹，ＳＰＦ 樹上節點的集合記為Ｑ 空間。

局部衛星備份路徑計算模塊可實現ＬＦＡ 路徑計算，包括以下兩個過程的迭代：① 當ＰＱ 空間有交集時，則交集空間內的節點（記為ＰＱ 節點）到達源節點ｓ 與目的節點ｔ 的路徑均為最短路徑，由此得到數據報文在故障節點的轉發時的最短路徑為源節點ｓ—ＰＱ 節點—目的節點ｔ。因此最短路徑的計算可以等效為ＰＱ 節點的計算。② 若ｓ 節點無法計算出ＰＱ 空間，則以ｓ 節點的所有鄰居節點為新的ｓ 節點，計算拓展Ｐ 空間并搜索ＰＱ 節點。重復此步驟直至搜索出ＰＱ 節點。

將該軌道內所有節點的備份路徑計算過程聚合為單個節點的備份路徑計算過程，只需計算出軌道內一個節點的備份路徑，并將該節點視為軌道內其余節點計算備份路徑過程中的ＰＱ 節點，從而簡化備份路徑計算過程中最為復雜的ＰＱ 節點搜索過程。

由此可以獲得最短路徑構成：若僅搜索Ｐ 空間就已獲得ＰＱ 節點，則備份路徑由［ｓ，ＰＱ，ｔ］構成，其中ｓ 為源節點，ｔ 為目的節點，ＰＱ 為Ｐ 空間與Ｑ 空間的交集節點；若ＰＱ 節點由拓展Ｐ 空間搜索獲得，則備份路徑由［ｓ，ｓ′，ＰＱ，ｔ］構成。

為解決引言所述的路由環路問題，算法采用ＳＲ技術，利用顯式路徑傳輸方案，將報文傳輸過程分割為由多個ＳＲ 標簽分割的子域，在每一個子域內報文的傳輸路徑都是最短路徑。局部衛星備份路徑計算方法如算法１ 所示。

２． ２ 全局衛星備份路徑推導模塊設計

地面網絡的復雜性在于其拓撲結構呈現出不規則的網狀，這使得從算法層面難以有效利用網絡拓撲內部的已知信息。相對而言，衛星網絡的拓撲結構則呈現出規律性的網狀，具有普遍的連通性特點。在衛星網絡中，往往存在多條到達目的節點且成本相近的轉發路徑。特別是，在連通性未受損的情況下，同軌衛星之間的路由路徑通常是最優的選擇。

基于這一特性，全局衛星備份路徑推導模塊在局部衛星備份路徑計算模塊已確定每個軌道面內最近節點的備份路徑之后，進一步利用同軌節點間的連通性優勢。該模塊策略性地設置，使源節點通往同一軌道上其余各節點的備份路徑均經由該最近節點進行轉發。通過這種方法，算法２ 能夠高效地計算出軌道上其他所有節點的備份路徑，從而為衛星網絡中的ＦＲＲ 提供堅實的路徑基礎。

設局部衛星備份路徑計算模塊在該軌道選取的節點為Ｒ，則全局衛星備份路徑推導模塊推導出到該軌道面內其余節點ｔ 的備份路徑，［ｓ，ＰＱ，Ｒ，ｔ］，其中ｓ 為源節點，ｔ 為其余節點，ＰＱ 為Ｐ 空間與Ｑ 空間的交集節點，Ｒ 為局部衛星備份路徑計算模塊在該軌道選取的節點。全局衛星備份路徑推導方法如算法２ 所示。

若衛星網絡內同軌道面節點的連通性被破壞，即存在同軌鏈路故障，則本節提出的計算方案不能有效覆蓋這一場景，因此需要重新選取Ｒ 節點的計算，選取的Ｒ 節點應為到該軌道面內經由同軌鏈路能夠正確轉發的數量最多的節點。其余節點依照局部衛星備份路徑計算模塊中提出的方法計算。

此外，在ＳＲ 中，端到端路徑中的分段數量受限于可編碼為源路由的段列表長度。這個限制被稱為ＳＲ 網絡的段列表深度（Ｓｅｇｍｅｎｔ Ｌｉｓｔ Ｄｅｐｔｈ，ＳＬＤ）。在本文提出的全局衛星備份路徑推導模塊中，ＳＬＤ起著重要作用，能在一定程度上規避多鏈路故障導致的路由中斷、降低故障情況下衛星網絡的帶寬壓力。如果某個分段內的主路徑發生故障，則只需要將該分段流量切換到備份路徑，在這種情況下，備份路徑長度的增加值可能較小，因為只有部分端到端路徑從主路徑切換到備份路徑。此外，當分段較多時，多鏈路／ 節點故障導致流量中斷的可能性較小，而在端到端僅存在一個分段的情況下，多鏈路／ 節點故障導致的流量中斷可能性較大。例如，ＳＬＤ 僅為１，整個端到端路徑就必須被視為單一分段，在這種情況下，主路徑上的任何故障都會要求端到端流量切換到備份路徑，若備份路徑上同時存在ＰＬＲ 未感知到的故障，仍會導致路由中斷；但如果ＳＬＤ 為３，則流量的端到端路徑可分為３ 個分段，每個分段的路徑長度均小于主路徑長度，ＰＬＲ 對于分段內鏈路狀態變化的感知更加靈敏，當發生多鏈路／ 節點故障時，ＰＬＲ 提供可靠備份路徑的可能性更高。本文提出的ＬｉｔｅＦＲＲ 算法從設計層面保證了ＳＬＤ 至少為３，即從源節點到目的節點的路由過程中，備份路徑被ＳＲ 分割為３ 個分段，在一定程度上保證了多鏈路故障時備份路徑的可用性。

３ 實驗與結果分析

為了驗證所提Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法的有效性，本文對算法運行時間、備份路徑跳數對比、路由中斷時間３ 個指標進行驗證。為了使驗證結果更具有普遍性，本文采用了兩種不用規模的衛星網絡測試算法計算時間，分別為１０８ 顆星的傾斜軌星座（星座－１０８）、４３２ 顆星的傾斜軌星座（星座－４３２），各星座詳細軌道參數如表１ 所示。

３． １ 備份路徑計算時間對比實驗

本文設計的Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法與ＴＩ-ＬＦＡ 算法的求解時間相比，在兩種衛星網絡仿真環境下隨機選擇源節點、目的節點，求解出主路徑和備份路徑并記錄備份路徑計算時間。比較結果如圖２ 所示，可以看出，隨著網絡規模的增加，傳統ＴＩ-ＬＦＡ 算法與所提Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法計算時間均有增加趨勢，但所提Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法重路由機制在計算時間層面優于ＴＩ-ＬＦＡ算法，計算開銷較小，在星座－４３２ 的傾斜軌衛星星座場景下計算時間小于８０ ｍｓ，優于ＴＩ-ＬＦＡ 算法的１． ６ ｓ 計算時間，并且隨著網絡規模的增加，兩種算法計算開銷的差距有上升趨勢。

３． ２ 重路由跳數對比實驗

所提Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法與ＴＩ-ＬＦＡ 算法的重路由路徑跳數進行比較，在兩種衛星網絡仿真環境下隨機選擇源節點、目的節點，求解出主路徑和備份路徑并記錄備份路徑計算結果。將跳數評價指標設置為重路由路數／ 原始跳步數之比，比較結果如圖３ 所示。

隨著網絡規模的增加，衛星網絡中各節點之間的可選鏈路數目也逐漸上升。從圖３ 可以看出，所提Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法相比現有ＴＩ-ＬＦＡ 算法的跳數評價指標更小。且當衛星網絡規模增加時，基于時空信息的Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法跳數更趨近于主路徑跳數，而ＴＩ-ＬＦＡ 算法的跳數評價指標也與網絡規模呈負相關趨勢。

３． ３ 路由中斷時間對比實驗

與ＴＩ-ＬＦＡ 算法的鏈路中斷時間進行比較，測試丟包時間的方案為網際報文控制協議（ＩｎｔｅｒｎｅｔＣｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＩＣＭＰ）報文探測法，統計當前鏈路上的最大傳輸時延ｔ，設置報文超時時間Δｔ略大于ｔ。以２０ ｍｓ 為間隔連續發送ＩＣＭＰ 報文，并正確設置超時時間，連續測試一段時間，統計報文丟失數量ｋ，得到丟包時間為ｋ×２０ ｍｓ。在兩種衛星網絡仿真環境下隨機選擇源節點、目的節點，在源節點和目的節點之間以２０ ｍｓ 為間隔傳輸１ ０００ 個ＩＣＭＰ報文，在報文的傳輸過程中模擬鏈路故障，求解出成功轉發至目的節點的ＩＣＭＰ 報文個數，比較結果如圖４ 所示。

可以看出，當算法啟用ＢＦＤ 協議且設置鏈路超時間隔為３ 次３００ ｍｓ，隨著網絡規模的增加，ＴＩ-ＬＦＡ算法與所提Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法計算路由中斷時間均有增加趨勢，且兩種算法的路由中斷時間相近，去除探測鏈路故障的９００ ｍｓ 時間間隔，路由協議將流量由主路徑導向備份路徑的時間約為５００ ｍｓ。

４ 結束語

本文基于ＳＲ 的衛星網絡Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 算法以鏈路跳數為主要度量指標，利用衛星網絡中同軌道面衛星節點空間相對位置穩定的前提設計重路由算法，可以有效降低重路由計算復雜度。從軌道面內單節點備份路徑計算、同軌道面內節點備份路徑推導兩個方面進行詳細設計。依據本文設計的重路由算法，在典型規模的星座場景下隨機選取多對源節點和目的節點，對備份路徑計算時間、備份路徑跳數與主路徑跳數之比、路由中斷時間３ 個指標進行驗證，實驗結果表明，所提Ｌｉｔｅ-ＦＲＲ 具有運算開銷較小、備份路徑跳數接近主路徑的優勢。

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［１５］ＳＥＴＴＡＷＡＴＣＨＡＲＡＷＡＮＩＴ Ｔ，ＣＨＩＡＮＧ Ｙ Ｈ，ＳＵＰＰＡＫＩＴＰＡＩＳＡＲＮ Ｖ，ｅｔ ａｌ． Ａ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒＳｅｇｍｅｎｔ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ａｃｃｅｓｓ，２０１９，７：１６０４０８－１６０４１７．

［１６］ＭＡＲＫＯＶＩＴＺ Ｏ，ＳＥＧＡＬ Ｍ． Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒ Ｌｏｗ Ｏｒｂｉｔ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｓ［Ｃ］∥ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｍｏｎｔｒｅａｌ：ＩＥＥＥ，２０２１：１－６．

［１７］虞志剛，丁熙浩，戴天，等． 基于集中式分布式相結合的天基組網路由方法及設備：ＣＮ２０２１１０９３０９７５． ４［Ｐ］．２０２３－０９－０８．

［１８］周宇，尹增山，王龍． 基于局部洪泛優化的低軌星座分布式路由算法［Ｊ］． 上海航天（中英文），２０２４，４１ （１）：７７－８３．

［１９］徐小濤，趙國鋒，韓珍珍，等． 面向６Ｇ 通信的多層低軌衛星網絡路由算法［Ｊ］． 移動通信，２０２４，４８ （１）：５６－６４．

［２０］朱琳，任智源，國曉博，等． 基于穩態化的衛星網絡低時延路由策略［Ｊ］． 無線電通信技術，２０２１，４７ （５）：６０３－６１０．

作者簡介：

丁春旭 男，（１９９８—），碩士研究生。主要研究方向：衛星通信網絡。

丁熙浩 男，（１９９３—），碩士，工程師。主要研究方向：衛星通信網絡。

徐志平 男，（１９７８—），碩士，工程師。主要研究方向：衛星通信網絡。

丁文慧 女，（１９８７—），博士，高級工程師。主要研究方向：衛星通信網絡。

（*通信作者）虞志剛 男，（１９８９—），博士，高級工程師。主要研究方向：衛星通信網絡。

陸 洲 男，（１９７０—），碩士，研究員。主要研究方向：衛星通信網絡。

基金項目：國家重點研發計劃（２０２２ＹＦＢ２９０２７００）；國家自然科學基金（６２２０１５３４，６１９３１０１７）