CN104821844A - 一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法 - Google Patents

Abstract

一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法，本发明涉及基于时隙优化的双层卫星网络路由方法。本发明是要解决传统方法路由协议开销较大、LEO卫星在极地区域难以与GEO卫星建立连接并且没有考虑极轨卫星在极地区域轨道间链路临时断开的问题。(一)构建3GEO+66LEO双层卫星网络模型；(二)运用基于“覆盖域分群+轨道面分簇”卫星分组管理方法，确定上下层卫星之间控制关系；(三)根据上下层卫星之间控制关系对卫星运行周期进行时隙划分和优化；(四)基于位置预测的路由算法GEO卫星为LEO卫星计算路由表；(五)结合步骤(一)～(四)，在每个时间片开始时进行路由更新。属于卫星通信领域。

Description

一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法

技术领域

本发明涉及基于时隙优化的双层卫星网络路由方法，属于卫星通信领域。

背景技术

随着航天技术的迅猛发展和快速应用，空间在军事、政治和经济等领域的战略地位日益重要，因此发展以卫星系统为核心的空间信息网是世界各国发展航天力量的重要任务之一。单层卫星网络已经不能满足空间信息网的系统设计需求，因而研究混合异构的多层卫星网络就有十分重要的意义。

相比于单层卫星网络，多层卫星网络有很多优点。多层卫星网络组网灵活、抗毁性强、功能多样化、可以利用的空间频谱范围广，综合了不同轨道层卫星的优点，其覆盖率要高于单层卫星网络。但是，多层卫星网络的复杂性高、节点数目多、链路数目大，且由于卫星节点不断运动，整个网络拓扑也处于一种快速的动态变化中，因此路由技术也要更加复杂。

卫星网络路由技术通常采用拓扑控制策略屏蔽拓扑结构的动态性，进而针对静态拓扑结构进行路由的计算与优化。目前，卫星网络采用的拓扑控制策略大致可以分为三种：虚拟拓扑策略、虚拟节点策略、区域划分策略。对于多层卫星网络而言，近年来研究较多的是虚拟拓扑策略，即时间虚拟化策略。在已有的基于GEO/LEO网络路由算法中，大多是基于GEO覆盖域进行分割的分层路由算法。算法依据上层卫星的覆盖域对下层卫星分组，在组成员关系发生改变时上层卫星为下层卫星计算路由。

传统方法已经完成了对卫星网络中的路由控制，但是，传统GEO/LEO双层卫星网络路由策略存在以下缺点：首先，在时间虚拟化策略方面，多层卫星网络组成员的频繁变化造成星间链路频繁切换，由切换带来的路由协议开销较大；其次，在卫星分组管理策略方面，GEO卫星需要与覆盖域内的所有LEO卫星通信，层间链路复杂，协议开销大，同时由于天线转向的限制，LEO卫星在极地区域难以与GEO卫星建立连接；最后，在路由计算方法上，极轨卫星在极地区域轨道间链路临时断开的特性也没有被重点考虑。

发明内容

本发明是要解决传统方法路由协议开销较大、LEO卫星在极地区域难以与GEO卫星建立连接并且没有考虑极轨卫星在极地区域轨道间链路临时断开的问题，而提供了一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法。

一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法，它按以下步骤实现：

(一)构建3GEO+66LEO双层卫星网络模型；

(二)在3GEO+66LEO双层卫星网络模型基础上，运用基于“覆盖域分群+轨道面分簇”卫星分组管理方法，确定上下层卫星之间控制关系；

(三)根据上下层卫星之间控制关系对卫星运行周期进行时隙划分和优化；

(四)基于位置预测的路由算法GEO卫星为LEO卫星计算路由表；

(五)结合步骤(一)～(四)，在每个时间片开始时进行路由更新。

发明效果：

针对上述问题，本发明以GEO/LEO双层卫星网络为研究对象，结合基于覆盖域分群和轨道面分簇的卫星分组管理方法，从时隙优化的角度降低星间链路切换带来的协议开销，同时基于位置信息预测对路由算法进行优化，提高协议的可靠性。

实验通过OPNET和STK进行联合仿真，选取西经37.2°，北纬4.56°和西经63°，北纬75°这两个位置安放用户节点作为仿真通信的两个用户端。设置ISL带宽为100MHz，UDL带宽为50MHz，数据速率为1024kbps，链路容量为12500pks，包的平均长度为1024bits。

通过仿真表明，本发明的路由策略消除了卫星天线转向的限制，对处于极区的LEO卫星进行了有效管理，降低了层间链路连接度和层间通信开销；减少了时间片的个数，同时还保证时间片的有足够的长度使算法能够收敛，减少了因星间链路切换带来的协议开销；通过预测卫星位置信息判断并删除了在此时间片内即将关闭的星间链路，使得到的路径不会在时间片内发生中断，降低了丢包率。

在GEO/LEO双层卫星网络结构中，将管理子网和业务子网在物理上分离，由高层GEO卫星为低层LEO卫星集中计算路由表。首先，将覆盖域分群和轨道面分簇的卫星管理方法结合起来，LEO卫星通过簇首LEO卫星与GEO卫星通信，对处于极区的LEO卫星进行有效管理，降低层间链路的复杂性。其次，通过在时间片划分时仅在卫星离开覆盖域时产生新的时间片来减少时间片的个数，通过设置门限增加时间片长度，从时隙优化的角度减少切换次数，降低协议开销。最后，通过预测卫星的位置信息，删除在下一个时间片内可能由于经过极区而临时断开的链路，保证算法的可靠性。

附图说明

图1为本发明的3GEO+66LEO双层卫星网络；

图2为本发明的LEO卫星簇示意图；

图3为本发明的确定群管理者方法示意图；

图4为本发明的双层卫星分群管理示意图；

图5为本发明的卫星分组管理策略流程图；

图6为本发明的时隙优化算法示意图；

图7为本发明的轨道间链路的移动模型；

图8为本发明的基于位置预测的路由优化算法流程图；

图9为本发明的路由更新策略概要流程图；

图10为本发明的丢包率统计；

图11为本发明的吞吐量统计。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法，它按以下步骤实现：

(一)构建3GEO+66LEO双层卫星网络模型；

(二)在3GEO+66LEO双层卫星网络模型基础上，运用基于“覆盖域分群+轨道面分簇”卫星分组管理方法，确定上下层卫星之间控制关系；

(三)根据上下层卫星之间控制关系对卫星运行周期进行时隙划分和优化；

(四)基于位置预测的路由算法GEO卫星为LEO卫星计算路由表；

(五)结合步骤(一)～(四)，在每个时间片开始时进行路由更新。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(一)具体为：

如图1所示，采用3颗GEO卫星和66颗LEO卫星组成系统空间段，系统星座参数为：GEO层轨道高度35786千米，轨道倾角0°，轨道数为1个，每颗GEO卫星有两条轨道面内的链路，最小通信仰角为22°，GEO卫星分别位于东经-80°,40°,160°；LEO层轨道高度780千米，轨道倾角86.4°，轨道数为6个，每颗LEO卫星有两条轨道面内的链路和两条轨道面间的链路，最小通信仰角为8.2°；

其中，所述双层卫星网络模型，LEO卫星支持用户接入与数据转发，GEO卫星实现全网路由计算，同时当GEO卫星对LEO卫星可见时可以作为中继进行数据转发；

GEO卫星之间维持永久的星间链路(Inter Satellite Link，ISL)，GEO卫星与LEO卫星之间通过层间链路(Inter Orbit Link，IOL)进行通信，每颗LEO卫星与相邻的四颗卫星存在ISL，但在第1、6轨道面上的卫星反向运行，相对速度快，星间链路不稳定，所以第1、6轨道面之间不建立星间链路，当卫星经过极地地区(-70°～70°之外)时轨道面间链路临时关闭。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：第一步：GEO卫星创建管理群，等待各簇首LEO卫星加入管理群；

第二步：LEO卫星按照轨道面进行分簇，确定簇首LEO卫星；

其中，所述簇首LEO卫星负责上层管理者的确定、簇内链路状态信息的汇聚、路由表的分发，代表簇内卫星与上层管理者联系；LEO卫星簇及簇首的选取如图2所示；

第三步：由簇首LEO卫星找出所有覆盖它的GEO卫星；如果仅有一颗GEO卫星，就将该GEO卫星作为群管理者；如果有多颗GEO卫星，则通过第四步对群管理者进行确定；

第四步：当簇首LEO卫星同时被不止一颗GEO卫星覆盖，则根据“星下点距离最短”原则，确定唯一的群管理者；

其中，所述根据“星下点距离最短”原则确定群管理者；

如图3所示，图中A'、B'、C'分别是卫星A、B、C的星下点轨迹，令θ为GEO卫星对低轨卫星层覆盖域的半地心角，为卫星A、卫星C与地心O连线的夹角，ε_min为GEO卫星对于低轨卫星层的最小仰角，h_L、h_G、R_E为LEO卫星高度、GEO卫星高度、地球的半径，θ用ε_min表示为(3-1)：

$\mathrm{\θ}=\arccos \left(\frac{R_E+h_L}{R_E+h_G}\cos {\mathrm{\ϵ}}_{\min }\right)-{\mathrm{\ϵ}}_{\min }---(3-1)$

由图3可知，GEO卫星A覆盖LEO卫星C的充分必要条件是满足下面的不等式(3-2)或(3-3)：

即

$\left|A^{\′}{C}^{\′}\right|\≤{2R}_E\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}---(3-3)$

式中|A'C'|表示卫星A和卫星C的星下点距离，如果用(η₁,0)来表示卫星A的星下点A’的经度值和纬度值，用(η₂,ξ₂)来表示卫星C的星下点C’的经度值和纬度值，则|A'C'|的表达式为(3-4)：

$\left|A^{\′}{C}^{\′}\right|=R_E\sqrt{2-2\cos {\mathrm{\ξ}}_2\cos ({\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2)}---(3-4)$

如果|A'C'|和|B'C'|均满足式(3-3)，则LEO卫星C同时被GEO卫星A和卫星B覆盖，因为LEO卫星只能由唯一的群管理者管理，即只能加入唯一的管理群，所以需要对星下点距离即|A'C'|和|B'C'|进行比较，距离最小值所对应的GEO卫星即可确定为群管理者；如果出现星下点距离相等的情况，则可任意指定其中一颗GEO卫星为群管理者；

第五步：将簇首LEO卫星加入到唯一确定的群管理者GEO卫星中；

第六步：将簇首LEO卫星所在簇的其他LEO卫星加入到群管理者GEO卫星中；

如图4所示为双层卫星分组管理示意图。本发明的簇首卫星的确定方法，保证了层间链路距离最短，通信传播时延最低；簇内其他成员不能与上层管理者联系，这就简化了上下层卫星之间的连接关系，降低了星际链路的复杂性，同时消除了GEO卫星覆盖纬度的限制，实现了对极区低轨卫星的有效管理；只要簇首卫星成功加入到群管理者GEO卫星中，簇内其他成员不需要经过比较和判断到各GEO卫星的星下点距离就可以顺利加入管理群，有效降低了层间通信开销。

如图5所示为卫星分组管理策略的流程框图。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤(三)具体为：

根据传统的不等长的快照划分策略，只要高层卫星与低层卫星之间的覆盖关系发生变化，快照的数目就会增加。当低轨卫星的数目较多时，卫星之间的覆盖关系就会频繁变化，快照的数目也会急剧增加，信令开销随之增大。因此，需要采取优化策略，减少快照的数目。

由于当一颗低层卫星进入一颗高轨卫星覆盖域时，并不会引起原有链路的断开，不会出现由于在时间片内链路突然断开而引起的丢包，所以在快照划分时仅在卫星离开覆盖域时产生新的快照。设定时间片门限，对低于门限λ的时间片进一步合并，减少快照数量，解决时间片过短问题。具体算法为：

第一步：卫星按照GEO卫星与LEO卫星之间的覆盖关系划分时间片t₁,…,t_i,…,t_n，并找出在每个时间片开始时刻切换的LEO卫星L₁,…,L_i,…,L_n；

第二步：在每个时间片开始时刻，判断所有在此时刻发生切换的LEO卫星的运行方向，如果在L₁,…,L_i,…,L_n中所有卫星运动方向都不是出覆盖域，则将此时间片与前一个时间片合并，在此时刻不进行路由更新；如果L₁,…,L_i,…,L_n中存在某颗或者某几颗卫星运动方向是出覆盖域，则保留此时间片，即卫星网络在此时刻进行路由更新；

第三步：在第二步时间片合并的基础上，设定时间片的门限λ，如果时间片长度低于门限λ，则将此时间片与下一个时间片进行合并；其中，所述时间片长度门限为20秒；

如图6所示为时隙优化算法示意图。经过时隙优化的卫星网络时间虚拟化策略减少了时间片的个数，使网络中由于星间链路切换造成的协议开销尽量小；增大了时间片的长度，使网络有足够的时间完成路由切换，从而改善了路由性能。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤(四)具体为：

如图10与11，为了充分利用卫星网络运行的周期性和可预测性，本发明基于虚拟拓扑的路由算法。首先，地面控制节点按照星历表划分虚拟拓扑，生成网络拓扑图并将其上传到GEO卫星中，然后在路由更新时结合链路状态信息动态的计算路由表；

如图7所示为轨道间链路的移动模型。当极轨星座中的卫星进入极地区域，卫星将关闭与相邻轨道卫星间的星间链路。采取基于虚拟拓扑的路由算法，时间片越长，在时间片开始时计算的路径在时间片内失效的概率越大。为此，在路由计算时，本发明的路由策略在GEO/LEO双层卫星网络和不等长时间片划分的基础上，提出一种基于位置预测的路由优化算法来避免因为星间链路关闭而造成的链路失效。该方法的基本思想是，在每个时间片边界所确定的拓扑中，根据卫星的位置信息预测判断并删除在此时间片内即将关闭的星间链路，使得到的路径不会在时间片内发生中断。

算法描述：

如图8所示，第一步：在t(s)时刻，根据卫星的邻接关系，建立网络拓扑图G(s)＝(V,E(s))；V＝{1,2,…,N}，N为极轨星座中的卫星数，对于i和j为相邻的卫星节点，如果(i,j)∈E(s)，将(i,j)设为路径的长度，所述s是第s个时间片的编号，对于其中U＝{1,…,K}，时间片个数为K，E(s)表示在 $t\left(s\right)=\left\{\begin{array}{c}\underset{l=0}{\overset{s-1}{\mathrm{\Σ}}}{t}_l,s>0\\ 0,s=0\end{array}\right.$ 时链路(i,j)的集合，l＝{0,…,s-1}表示第s个时间片之前的时间片，t_l表示第l个时间片的长度，轨道周期为T，c_ij(s)是相应的链路代价，β是极区边界；t_s表示第s个时间片的长度，t(s)表示第s个时间片的开始时刻；

第二步：根据预测的卫星位置信息，计算每颗卫星在t(s+1)时刻的纬度Lat(t)，若|Lat(t)|>β，从E(s)中删除该卫星与相邻轨道卫星之间的星间链路，从而形成新的网路拓扑图G'(s)；

第三步：GEO卫星根据邻接矩阵表示网络拓扑图G'(s)，采用Dijkstra算法计算每个卫星节点间的时延最短路径。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：(五)结合步骤(一)～(四)，在每个时间片开始时进行路由更新

如图9所示为路由更新策略概要流程图。

在本发明的策略中，每个卫星节点都保存了一份链路状态信息表(LSM，Link StatusMassage)。链路状态信息表保存着当前节点编号s、连通节点编号d、以及由当前节点到目的节点的传播时延D。其中传播时延D＝L_s→d/c，L_s→d表示节点s到d的距离，c表示光速。

本发明的路由更新可以描述为以下七步：

第一步：每颗LEO收集自身的链路状态信息，生成链路状态信息表LSM(L_ij)，并由将此链路状态信息表沿着簇首的方向发给邻居卫星；

第二步：如果该邻居卫星是簇首，则判断是否收到全部簇内卫星的链路状态信息表，如果是则开始第三步，否则则继续向簇首转发等待簇内其他卫星的链路信息表；

第三步：当簇内全部LEO卫星的链路状态信息都汇聚到簇首，由簇首生成簇汇总链路状态信息表LSM(F_i)，并将其发给群管理者GEO卫星；其中

LSM(F_i)＝{LSM(L_ip),LSM(L_ip+1),…,LSM(L_im)|i＝1,2,…,N_L；p＝1,2,…,M_L}，其中N_L表示LEO卫星轨道面数，M_L表示一个卫星轨道面中LEO卫星的个数，m和p分别表示在同一个卫星簇中处于簇两端的LEO卫星的编号，m和p的关系满足式：

第四步：群管理者GEO卫星G_k汇聚由各簇首发来的簇汇总链路状态信息，计算生成群汇总链路状态信息表

$\mathrm{LSM}\left(C_k\right)=\{\mathrm{LSM}\left(F_{i_1}\right),\mathrm{LSM}\left(F_{i_2}\right),...,|k=\mathrm{1,2},...,N_G\};$ 其中，簇…由群C_k进行管理；

第五步：各群管理者GEO卫星交换各自生成的群汇总链路状态信息表，计算生成全网链路状态信息表 $\mathrm{LSM}=\{\mathrm{LSM}\left(C_1\right),\mathrm{LSM}\left(C_2\right),...,\mathrm{LSM}\left(C_{N_G}\right)\};$ 其中N_G表示GEO卫星的最大颗数，表示编号为N_G的GEO卫星所在的群；

第六步：群管理者GEO卫星根据全网链路状态信息表，为所在管理群内的LEO卫星计算路由；根据时延最小原则，采用步骤(四)所提出的基于位置预测的路由优化算法，计算任意两颗LEO卫星之间的最短路径生成星上路由表；星上路由表的格式包含源节点编号Source ID，目的节点编号Destination ID，下一跳节点编号Next hop ID；

第七步：群管理者GEO卫星按链路状态信息的反方向为群内LEO卫星分发星上路由表，LEO卫星保存自己作为源节点的星上路由表，以实现正确的数据转发。

每个LEO卫星节点只需要存储链路状态信息表和星上路由表，存储空间要求小；同时，集中式的路由计算方法降低对LEO卫星计算能力要求；在每个时间片的开始阶段，进行一次全网的路由计算更新；如果网络中出现突发情况，比如出现链路拥塞或者卫星失效，则触发一次路由计算更新。其它与具体实施方式一至五之一相同。

Claims (6)

1.一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法，其特征在于它按以下步骤实现：

(一)构建3GEO+66LEO双层卫星网络模型；

(二)在3GEO+66LEO双层卫星网络模型基础上，运用基于“覆盖域分群+轨道面分簇”卫星分组管理方法，确定上下层卫星之间控制关系；

(三)根据上下层卫星之间控制关系对卫星运行周期进行时隙划分和优化；

(四)基于位置预测的路由算法GEO卫星为LEO卫星计算路由表；

(五)结合步骤(一)～(四)，在每个时间片开始时进行路由更新。

2.根据权利要求1所述的一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法，其特征在于步骤(一)具体为：

采用3颗GEO卫星和66颗LEO卫星组成系统空间段，系统星座参数为：GEO层轨道高度35786千米，轨道倾角0°，轨道数为1个，每颗GEO卫星有两条轨道面内的链路，最小通信仰角为22°，GEO卫星分别位于东经-80°,40°,160°；LEO层轨道高度780千米，轨道倾角86.4°，轨道数为6个，每颗LEO卫星有两条轨道面内的链路和两条轨道面间的链路，最小通信仰角为8.2°。

3.根据权利要求2所述的一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法，其特征在于步骤(二)具体为：

第一步：GEO卫星创建管理群，等待各簇首LEO卫星加入管理群；

第二步：LEO卫星按照轨道面进行分簇，确定簇首LEO卫星；

其中，所述簇首LEO卫星负责上层管理者的确定、簇内链路状态信息的汇聚、路由表的分发，代表簇内卫星与上层管理者联系；

第三步：由簇首LEO卫星找出所有覆盖它的GEO卫星；如果仅有一颗GEO卫星，就将该GEO卫星作为群管理者；如果有多颗GEO卫星，则通过第四步对群管理者进行确定；

第四步：当簇首LEO卫星同时被不止一颗GEO卫星覆盖，则根据“星下点距离最短”原则，确定唯一的群管理者；

其中，所述根据“星下点距离最短”原则确定群管理者具体为：

A'、B'、C'分别是卫星A、B、C的星下点轨迹，令θ为GEO卫星对低轨卫星层覆盖域的半地心角，为卫星A、卫星C与地心O连线的夹角，ε_min为GEO卫星对于低轨卫星层的最小仰角，h_L、h_G、R_E为LEO卫星高度、GEO卫星高度、地球的半径，θ用ε_min表示为(3-1)：

$\mathrm{\θ}=\arccos \left(\frac{R_E+h_L}{R_E+h_G}\cos {\mathrm{\ϵ}}_{\min }\right)-{\mathrm{\ϵ}}_{\min }---(3-1)$

GEO卫星A覆盖LEO卫星C的充分必要条件是满足下面的不等式(3-2)或(3-3)：

即

$\left|A^{\′}{C}^{\′}\right|\≤{2R}_E\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}---(3-3)$

式中|A'C'|表示卫星A和卫星C的星下点距离，如果用(η₁,0)来表示卫星A的星下点A’的经度值和纬度值，用(η₂,ξ₂)来表示卫星C的星下点C’的经度值和纬度值，则|A'C'|的表达式为(3-4)：

$\left|A^{\′}{C}^{\′}\right|=R_E\sqrt{2-2\cos {\mathrm{\ξ}}_2\cos ({\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2)}---(3-4)$

如果|A'C'|和|B'C'|均满足式(3-3)，则LEO卫星C同时被GEO卫星A和卫星B覆盖，因为LEO卫星只能由唯一的群管理者管理，即只能加入唯一的管理群，需要对星下点距离即|A'C'|和|B'C'|进行比较，距离最小值所对应的GEO卫星即可确定为群管理者；如果出现星下点距离相等的情况，则可任意指定其中一颗GEO卫星为群管理者；

第五步：将簇首LEO卫星加入到唯一确定的群管理者GEO卫星中；

第六步：将簇首LEO卫星所在簇的其他LEO卫星加入到群管理者GEO卫星中。

4.根据权利要求3所述的一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法，其特征在于步骤(三)具体为：

第一步：卫星按照GEO卫星与LEO卫星之间的覆盖关系划分时间片，每个时间片的长度表示为t₁,…,t_i,…,t_n，并找出在每个时间片开始时刻切换的LEO卫星L₁,…,L_i,…,L_n；

第二步：在每个时间片开始时刻，判断所有在此时刻发生切换的LEO卫星的运行方向，如果在L₁,…,L_i,…,L_n中所有卫星运动方向都不是出覆盖域，则将此时间片与前一个时间片合并，在此时刻不进行路由更新；如果L₁,…,L_i,…,L_n中存在某颗或者某几颗卫星运动方向是出覆盖域，则保留此时间片，即卫星网络在此时刻进行路由更新；

第三步：在第二步时间片合并的基础上，设定时间片的门限λ，如果时间片长度低于门限λ，则将此时间片与下一个时间片进行合并；其中，所述时间片长度门限为20秒。

5.根据权利要求4所述的一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法，其特征在于步骤(四)具体为：

第一步：在t(s)时刻，根据卫星的邻接关系，建立网络拓扑图G(s)＝(V,E(s))；V＝{1,2,…,N}，N为极轨星座中的卫星数，对于i和j为相邻的卫星节点，如果(i,j)∈E(s)，将(i,j)设为路径的长度，所述s是第s个时间片的编号，对于其中U＝{1,…,K}，时间片个数为K，E(s)表示在 $t\left(s\right)=\left\{\begin{array}{c}\underset{l=0}{\overset{s-1}{\mathrm{\Σ}}}{t}_l,s>0\\ 0,s=0\end{array}\right.$ 时链路(i,j)的集合，l＝{0,…,s-1}表示第s个时间片之前的时间片，t_l表示第l个时间片的长度，轨道周期为T，c_ij(s)是相应的链路代价，β是极区边界；t_s表示第s个时间片的长度，t(s)表示第s个时间片的开始时刻；

第二步：根据预测的卫星位置信息，计算每颗卫星在t(s+1)时刻的纬度Lat(t)，若|Lat(t)|>β，从E(s)中删除该卫星与相邻轨道卫星之间的星间链路，从而形成新的网路拓扑图G'(s)；

第三步：GEO卫星根据邻接矩阵表示网络拓扑图G'(s)，采用Dijkstra算法计算每个卫星节点间的时延最短路径。

6.根据权利要求5所述的一种基于时隙优化的双层卫星网络路由方法，其特征在于步骤(五)具体为：

第一步：每颗LEO收集自身的链路状态信息，生成链路状态信息表LSM(L_ij)，并由将此链路状态信息表沿着簇首的方向发给邻居卫星；

第二步：如果该邻居卫星是簇首，则判断是否收到全部簇内卫星的链路状态信息表，如果是则开始第三步，否则则继续向簇首转发等待簇内其他卫星的链路信息表；

第三步：当簇内全部LEO卫星的链路状态信息都汇聚到簇首，由簇首生成簇汇总链路状态信息表LSM(F_i)，并将其发给群管理者GEO卫星；其中

LSM(F_i)＝{LSM(L_ip),LSM(L_ip+1),…,LSM(L_im)|i＝1,2,…,N_L；p＝1,2,…,M_L}，其中N_L表示LEO卫星轨道面数，M_L表示一个卫星轨道面中LEO卫星的个数，m和p分别表示在同一个卫星簇中处于簇两端的LEO卫星的编号，m和p的关系满足式：

第四步：群管理者GEO卫星G_k汇聚由各簇首发来的簇汇总链路状态信息，计算生成群汇总链路状态信息表

$\mathrm{LSM}\left(C_k\right)=\{\mathrm{LSM}\left(F_{i_1}\right),\mathrm{LSM}\left(F_{i_2}\right),...,|k=\mathrm{1,2},...,N_G\};$ 其中，簇…由群C_k进行管理；

第五步：各群管理者GEO卫星交换各自生成的群汇总链路状态信息表，计算生成全网链路状态信息表其中N_G表示GEO卫星的最大颗数，表示编号为N_G的GEO卫星所在的群；

第六步：群管理者GEO卫星根据全网链路状态信息表，为所在管理群内的LEO卫星计算路由；根据时延最小原则，采用步骤(四)所提出的基于位置预测的路由优化算法，计算任意两颗LEO卫星之间的最短路径生成星上路由表；星上路由表的格式包含源节点编号Source ID，目的节点编号Destination ID，下一跳节点编号Next hop ID；

第七步：群管理者GEO卫星按链路状态信息的反方向为群内LEO卫星分发星上路由表，LEO卫星保存自己作为源节点的星上路由表，以实现正确的数据转发。