星座网络是空、天、地信息传输一体化网络体系的重要组成部分,是国家航空航天的核心技术,同时也是下一代互联网的主要成员。近年来,星座网络的建设和研究成为世界各国发展航天军事力量的重要任务。　　星座网络路由是星座网络的核心技术,决定着整个网络系统的性能。虽然地面网络路由技术已经得到广泛研究,但是大部分地面网络路由技术不能直接应用于星座网络。一方面,星座网络具有自身特殊性,如拓扑动态性、传输时延长和星上资源受限等;另一方面,星座网络覆盖全球,客观上造成了业务分布不均衡。此外,大量新业务的出现对星座网络路由也提出了更高的要求。前期的星座网络路由算法利用星座拓扑的周期性和规律性取得了一定的成果,但是针对服务质量、负载均衡、拥塞控制以及星上资源受限等问题的路由算法仍然处于研究阶段。越来越复杂的业务需求,使得设计出高效可靠的路由算法是当前星座网络研究的重要课题。　　为了系统、合理地研究星座网络路由算法,本文首先综合考虑星座网络系统自身特性和全球业务复杂性两大难点,以马尔科夫排队理论为依据,建立了基于动态星座拓扑和时变业务模型的路由研究平台。随后,从服务质量、拥塞管理、负载均衡以及星上带宽分配四个部分对星座网络路由逐步设计和优化,提出了一套系统的星座网络路由方案。本文主要研究内容包括:　　第一,对星座网络动态拓扑进行了深入的理论研究。首先建立卫星轨道方程,推导出星间、星地链路的长度、方位角、仰角等几何参数的数学公式。然后,重点分析了星座覆盖和切换特性对路由设计的影响。通过推导单颗卫星的可视时间、可视距离和可视范围,分析了多颗卫星完成切换和连续覆盖的条件和时间。在路由优化过程中,进一步分析了实际星座中“缝”和两极地区对拓扑变化的影响,定量地推导出极轨道星座拓扑更新间隔和次数,改进了前期简单的拓扑结构,使得路由研究更具实际意义。最后,以典型的极轨道星座—铱星座建立仿真平台,通过仿真实验验证了对星座拓扑特性理论推导的正确性,为星座网络路由研究打下了基础。　　第二,针对星座拓扑动态特性和全球业务分布不均衡的问题,提出了拓扑和业务的离散时间模型以及基于该模型的链路状态自适应路由。以星上资源为约束条件,依据马尔科夫排队理论,从理论上对拓扑和业务离散时间模型的性能进行了分析。在此基础上,提出了两种链路状态自适应路由算法,综合考虑星座网络拓扑特性、世界各地用户的需求以及不同类型业务的QoS要求,提出了分类链路代价函数,在星座网络中自适应地选择QoS路由,满足不同类型业务的QoS要求,提高了链路状态路由算法在星座网络中的有效性。　　第三,针对路由算法中常见的由于业务聚合引起的拥塞问题,提出了一种面向拥塞控制的路由算法。首先,利用多协议标签交换技术改进了星座网络组网方案,降低了路由算法对星上处理能力的要求,增强了星座网络路由技术的可扩展性。在此基础上,提出了一种关键链路代价增量路由算法。通过引入关键链路的定义,并计算关键链路代价增量确定该路由对其它业务传输的影响,利用网络空闲链路分担关键链路的负载,从而均衡网络负载;同时,采用拥塞控制策略及时发现和预防早期拥塞。和传统“独立”计算的路由相比,该算法不仅有利于提高业务QoS,同时还能改善网络负载均衡性。最后,为了增强路由算法的抗毁性,提出了一种基于关键链路的可靠路由,为重要业务设计出备份路由。通过定义共享风险组、计算链路代价函数、选择候选路径,以及联合最优策略等,保证了路由算法在网络故障中的可靠性。　　第四,针对多媒体业务 QoS要求复杂和星上资源受限的矛盾,提出了一种面向 QoS路由的带宽分配机制。首先,采用令牌桶和加权公平队列技术建立预留带宽理论模型,计算出综合时延和带宽约束的预留带宽理论值。其次,提出多优先级星上带宽分配机制,根据不同业务的QoS要求调整网络带宽分配:高优先级业务通过“借用”低优先级业务带宽,满足自身 QoS要求;而低优先级业务则通过调用网络中的可用带宽,尽可能地“补偿”QoS损失,从而解决了传统的多优先级“抢占”机制导致低优先级业务“饿死”的问题。最后,将多优先级带宽分配机制与改进的CLR路由算法结合,提出了一种新的基于多优先级带宽分配的QoS路由算法。根据不同类型业务的QoS要求,计算分类的链路代价和代价增量,设计出候选路由;通过多优先级带宽分配机制,预留和调整网络带宽,为不同优先级的业务提供有QoS保证的路由,从而提高网络整体资源利用率。