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具有星间链路的低轨卫星星座通信系统能够形成真正意义上的全球覆盖,对地面设施依赖小,不受地理环境的影响,是全球移动通信系统不可替代的重要组成部分,引起了世界各国的广泛关注。由于低轨卫星星座通信系统具有高度动态的拓扑结构,地面网络路由协议不适用于星座网络,如何设计有效的IP路由协议是低轨卫星星座通信系统所面临的技术挑战之一。本文研究低轨卫星星座网络中的支持IP业务的星上路由技术,主要研究内容包括:(1)建立低轨卫星星座网络路由问题的网络模型,分析了星座路由的特点和困难,提出以卫星网络的空间段作为自治系统,采用专用路由协议和隧道技术,从而将路由解耦为移动性管理与星间路由两个独立过程。(2)通过分析低轨卫星星座网络的拓扑结构特征和遍历仿真验证,在三种典型的低轨卫星星座(Iridium、Globalstar、LEO48)网络中,最短路径必定是最小跳数路径,而且最小跳数路径集合中的各条路径传播延时差别不大,可以用最小跳数路径代替最短路径从而降低计算复杂度和设计分布式算法。(3)研究了低轨卫星星座网络中的静态路由算法。对快照序列算法进行了详细分析,提出一种基于反向探测的路由(Reverse Detection Based Routing,RDBR)算法。对RDBR算法与快照序列算法的路由性能和信令开销进行了对比仿真分析,验证了RDBR算法的性能。(4)研究了低轨卫星星座网络中的动态路由算法,提出一种基于反向探测的自适应动态路由(Reverse Detection Based Adaptive Routing,RDBAR)算法。仿真结果表明RDBAR算法以有限的信令开销取得的路由性能显著优于静态的快照序列算法,即使在网络负载较重的情况下也能较好的适应链路的异常中断。最后,给出了基于区分服务模型和RDBAR路由协议为实时业务提供业务服务质量(Quality of Service,QoS)保障的路由机制并通过仿真进行了验证。