CN111416657A - 卫星网络路由更新维护系统及维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星网络路由更新维护系统及维护方法，主要解决现有技术路由更新时延长及开销大的问题。其包括地面控制中心、多个信关站及拓扑可预测的卫星网络。该地面控制中心周期性的完成对拓扑可预测的卫星网络拓扑、多路径路由表及路由更新维护扩散路径计算；该多个信关站连接至地面控制中心，并以有线方式与地面控制中心进行信息交互，通过无线方式与卫星网络节点进行信息交互；该卫星网络由数颗卫星节点组成，这些卫星节点分别与其周围的卫星节点、所有的信关站及用户终端进行通信，并通过路由更新维护扩散路径进行路由更新维护。本发明能在保证卫星网络路由正确的前提下，降低整个卫星网络的路由更新时延及开销，可用于卫星网络维护。

Description

卫星网络路由更新维护系统及维护方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种路由更新维护系统可用于卫星网络维护。

背景技术

近年来，地面移动终端业务的指数型增长导致地面基站很难满足如此高的业务需求，并且由于部分移动终端需要在人烟稀少的偏远山区作业以及航海检测等业务的出现导致目前的地面基站已经不能保证大面积的覆盖移动终端。当重大灾难来临之时如地震、海啸等，地面通信系统会遭受的一定的破坏而使得地面移动终端无法进行通信。卫星通信应运而生，成为解决这一问题的思路之一。卫星通信系统一般由地面段、空间段和用户段构成，如图1所示。其中地面段包含信关站、地面控制中心；空间段指的是卫星系统中的卫星；用户段包括个人用户以及其他移动用户。目前Motorola公司的铱星低轨卫星通信系统。其由轨道高度为780km的6个圆形极地轨道平面组成，每个轨道上有11颗卫星。每颗卫星具有四条星间链路，两条轨内链路以及两条轨间链路。铱星系统的用户单元是一个能够在地球上任何位置提供语音或者数据业务的移动手持电话机。该用户单元既能与地面蜂窝系统兼容以接受服务，也可直接通过铱星系统进行全球可达的卫星通信，因此一个铱星系统的用户单元同时拥有蜂窝通信和卫星通信接入的能力。铱星系统的信关站可以做到全球布站，即每颗卫星都会受一个信关站的管理，可以支持呼叫建立维护、全网路由等工作。

我国目前也投入到了星座系统的建设之中，建设主星基本型系统以实现全球无死角覆盖，并通过L/S频段面向商业手机终端提供百Kbps级到Mbps级数据传输能力。在主星基本框架的基础上，分步建设增补型系统。根据商业扩展的需求逐步增补数百颗低成本小卫星实现系统扩容，通过Ka频段面向通信热点提供Mbps级到数十Mbps级的宽带数据传输能力。然而由于卫星设备能力的限制，庞大的卫星网络如果使用分布式路由策略会占用极大的资源，极大的影响卫星网络性能。此外由于我国信关站只能在国土范围内建立，不能做到像铱星系统一样全球布设，所以不能拥有信关站管理所有卫星工作的能力，若要在国土范围内实现整个卫星网络的分布式路由服务则相应的实现成本较高，而且目前大部分卫星网络的路由协议基本包括基于ATM机制的动态虚拟拓扑路由协议DT-DVTR、基于快照序列的路由协议、概率路由协议PRP、同步及异步切换路由协议。这些路由协议均需要卫星进行自主计算以及交互路由信息的能力，这对卫星的存储能力以及计算能力要求较大，且路由协议较为复杂。我国目前卫星制造技术无法支撑这些路由协议正常运行，因此需要设计合适的集中式路由更新维护策略来完成庞大的卫星网络的路由工作。

发明内容

本发明的目的在于针对目前现有卫星网络路由协议较为复杂和我国目前卫星制造技术无法支撑这些路由协议正常运行的问题，提出一种卫星网络路由更新维护系统及维护方法，以通过更新维护策略完成对庞大的卫星网络的路由工作。

本发明的目的是这样实现的：

1.一种卫星网络路由更新维护系统所示，其特征在于，包括至少一个地面控制中心、多个信关站及一个拓扑可预测的卫星网络；

所述地面控制中心，是一个具有强大计算功能以及强大观测功能的卫星网络核心控制中心，用于路由计算及更新维护；

所述多个信关站，其通过有线网络连接至地面控制中心，并以有线方式与地面控制中心进行信息交互，以无线的方式与卫星网络节点进行信息交互；

所述拓扑可预测的卫星网络，是由数颗卫星节点组成的一个空间承载独立网络，这些卫星节点通过不同的频段分别与其周围的卫星节点、所有的信关站及用户终端进行无线通信。

作为优选，所述地面控制中心包括中央处理器、测控设备及有线收发信机，该中央处理器用以完成各项计算功能，该测控设备用以完成相应的观测功能，并将观测结果传输至中央处理器，该有线收发信机是用于将中央处理器计算的路由更新维护信息传输至各信关站。

作为优选，所述多个信关站，其位于国土范围内的不同省市形成一系列通信基站，完成透明传输工作，这些信关站通过有线网络与所述地面控制中心通信获取数据，通过无线收发信机与卫星网络更新维护路由信息，根据对卫星的可见时间窗来选择可见卫星，并将路由更新维护信息发送给可见卫星。

作为优选，所述每颗卫星都有路由更新维护模块，数颗卫星节点根据其当时所完成的不同功能形成中继卫星节点、过顶卫星节和下传卫星节点；

该中继卫星节点：用于在整个卫星网络中与周围的卫星节点之间以无线方式进行信息交互从而将数据从源卫星发送至目的卫星；

该过顶卫星节点：用于与地面节点以无线方式进行信息交互，使数据业务或路由更新信令注入到卫星网络，

该下传卫星节点：用于与地面节点以无线方式进行信息交互，使数据业务下传到地面网络。

2.一种利用上述系统进行卫星网络更新维护的方法，其特征在于，包括如下：

1)地面控制中心会周期性发起路由更新指令，以告知自己开始路由更新维护操作；

2)地面控制中心根据测控设备观测得到所有信关站对卫星的可见时间窗，并通过当前时间是否在可见时间窗内判断出可见卫星，把得到的可见卫星作为更新信息扩散的源卫星；

3)地面控制中心进行卫星拓扑构型计算和多路径路由表计算；

4)地面控制中心根据2)中得到的源卫星进行路由更新维护扩散路径计算：

4a)将更新信息扩散的源卫星放入S源卫星集合中，则目的扩散卫星集合为D＝U-S，其中，U是所有卫星节点集合；

4b)对每个源节点j，用单源最短路径算法找到该源节点到目的扩散卫星集合D中距离每个目的节点i的最短路径，并将得到的每条路径代价值C_ij存入路径代价值二维数组C中；

4c)通过遍历所有源节点到目的节点的路径代价值C数组，取每一行数组中最小值并且记录该代价值C_ij对应源目的节点对，直到所有目的节点均得到最小代价值的源节点，并将这些源节点作为发送节点；

4d)用所有源节点和目的节点对重新构造生成森林，并将每一个源节点对应的生成树结合起来得到多源生成森林；

5)地面控制中心将3)和4)计算得到的多路径路由表以及路由更新维护扩散路径存入路由更新维护包，并将该路由更新维护包发送至所有信关站；

6)信关站接收到路由更新维护包后，将其发送至2)中的源卫星；

7)由数颗卫星组成的空间承载独立卫星网络根据路由更新数据包中存储的路由更新维护扩散路径，对路由信息进行扩散：

7a)路由更新维护包从多源生成森林每颗树的根节点出发依次传输至根节点的所有孩子节点；

7b)每个卫星节点接收到路由更新维护包后，根据路由更新维护包生存期，判断该包是否有效：

如果是有效路由更新维护包，则更新维护自己路由信息，执行7c)；

如果不是有效路由更新维护包，则丢弃；

7c)每个接收到路由更新维护包的卫星节点判断自己是否是多源生成森林的叶子节点：

若是，则丢弃；

若不是，则将路由更新维护包发送至自己的叶子节点，直到整个卫星网络所有卫星都完成路由更新维护操作。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

(1)本发明由于设计了卫星只对数据内容进行负载均衡以及透明传输转发的操作，由地面控制中心更新维护卫星路由表，减小了目前卫星路由对卫星处理能力的过高要求。

(2)本发明由地面控制中心发起和控制星上路由表的生成以及扩散操作，并通过地面控制中心将联合信关站对卫星的路由进行周期性的更新操作，从而简化卫星上路由的复杂度，降低了卫星网络的数据业务通信时延。

(3)本发明由于通过多源生成森林的方式计算路由更新维护扩散路径，相较于传统的泛洪算法有明显的资源利用率提高，因为传统的泛洪算法只能有效地避免一跳范围内的重复发送问题，而基于多源生成森林的扩散算法可以从整个网络范围内避免重复发送，网络中的每个节点只有一次接收到父亲节点发送来的数据包且只会将更新包发送给自己的孩子节点而不会发送给别的周围节点，因此，缩短了卫星网络路由信息更新的收敛时间，大大的节省由于路由更新操作引入的通信开销，提高了网络的资源利用率。同时，相较于最小生成树算法可以在一定程度上减小路由更新时延。由于信关站的位置影响所以最小生成树算法被限制在一定可见范围内。而面对该可见域内所有节点而言，如果只选择一个节点作为扩散根节点即最小生成树算法明显会比选择可见域内所有边缘节点作为扩散根节点的多源生成森林算法的扩散时延大。

附图说明

图1为本发明卫星网络路由更新维护系统整体架构示意图；

图2是本发明系统中的卫星设备图；

图3是本发明系统中的地面控制中心结构框图；

图4是本发明系统中的信关站图；

图5本发明卫星网络路由更新维护方法实现总体流程图；

图6是本发明方法中卫星路由更新维护中扩散路径计算的子流程图；

图7为本发明仿真的路由扩散性时延结果图；

图8为本发明仿真的数据业务吞吐量结果图；

图9为本发明仿真的数据业务时延结果图；

图10为本发明仿真的多源生成森林算法与泛洪开销比对结果图；

图11为本发明仿真的多源生成森林算法与最小生成树时延比对结果图。

具体实施方式

本发明利用了所述的地面控制中心的强大计算能力和观测能力，以及所述的信关站透明传输的功能，将本该放在卫星上的复杂的路由协议搬到了地面上，简化了卫星上的运算工作，并且通过设计合适的扩散机制减少了路由更新维护的时延以及开销。

参照图1，本发明卫星网络路由更新维护系统，涉及地面段和空间段，其中地面段设有地面控制中心和多个信关站，空间段布设有一个拓扑可预测的卫星网络。

该地面控制中心，是一个具有强大计算功能以及强大观测功能的卫星网络核心控制中心，用于路由计算及更新维护；

该多个信关站，其通过有线网络连接至地面控制中心，并以有线方式与地面控制中心进行信息交互，以无线的方式与卫星网络节点进行信息交互；

该拓扑可预测的卫星网络，由数个卫星设备组成，每一个卫星设备构成一个卫星节点，所有卫星节点组成的一个空间承载独立网络，这些卫星节点通过不同的频段分别与其周围的卫星节点、所有的信关站及用户终端进行无线通信。每颗卫星节点需要配备至少6副天线，该6副天线中有4副天线使用L波段频率与周围4个卫星进行通信，有1副天线使用L波段频率与地面终端进行通信，有1副天线使用Ka波段频率与每一个信关站进行通信。

参照图2，每个卫星设备设有路由更新维护模块、数据存储转发模块、接入服务处理模块、下传服务处理模块，卫星节点根据其完成的不同功能通过相应的功能模块形成中继卫星节点、过顶卫星节和下传卫星节点，其中，中继卫星节点用于在整个卫星网络中与周围的卫星节点之间以无线方式进行信息交互通过使用数据存储转发模块在空间段进行查表路由从而将数据从源卫星发送至目的卫星；下传卫星节点用于与地面节点以无线方式进行信息交互，通过使用下传服务处理模块查询用户波束分配表，使数据业务下传到地面网络；过顶卫星节点用于与地面节点以无线方式进行信息交互，通过使用接入服务处理模块采用最小接入时延策略，使数据业务或路由更新信令注入到卫星网络，该下传卫星节点包括：覆盖信关站的卫星和覆盖用户终端的卫星，覆盖信关站的卫星使用Ka波段频率与信关站通信，从信关站获取地面控制中心产生的周期性路由更新信令及路由更新维护包，作为卫星网络路由更新的源卫星，并将更新信息扩散至整个卫星网络；覆盖用户终端的卫星使用L波段频率与用户终端通信，获取用户终端产生各种数据业务，作为卫星网络数据业务源卫星，并将该业务根据查表转发工作路由传输至下传卫星节点。其中路由更新维护模块包括更新维护子模块和扩散处理子模块，更新维护子模块用于维护更新自己的路由表，当卫星节点收到路由更新维护包时，检测更新包是否过期，如果没有过期，则更换自己的多路径路由表，如果过期，则丢弃路由更新维护包，不更改自己的多路径路由表；扩散处理子模块：用于在整个网络中路由更新维护操作，即当卫星节点收到路由更新维护包时，检测未过期的更新包和自己不是整个生成森林的叶子节点，并将会向自己的叶子节点发送路由更新维护包。

参照图3，所述地面控制中心包括中央处理器、测控设备及有线收发信机，其中：

所述中央处理器用以完成各项计算功能，其包括：拓扑计算模块、多路径路由表计算模块、路由更新维护扩散路径计算模块。该拓扑计算模块将从测控设备获得的连续拓扑分成离散的拓扑快照形式，并通过分析快照变化趋势选择更新维护周期进行路由表的更新维护；该多路径路由表计算模块根据最短路径算法得到主路由表，并将主路由表中每对源目的节点对应最佳下一跳去除后的拓扑，再用最短路径算法得到备用路由表，即备用路由表的下一跳地址是在最佳下一跳因故障或者是拥塞失效后的次佳下一跳；该路由更新维护扩散路径计算模块对整个网络拓扑使用基于多源生成森林算法得到一个从地面控制中心到信关站至过顶卫星最后扩散至卫星网络的路径信息，即完成从单点→多点→多点→全网的路径信息获取过程。

所述测控设备，用以完成相应的观测功能，其包括对某一特定时刻的拓扑快照进行获取；通过监控卫星与信关站的可见时间窗选择可见卫星进行路由更新维护操作，并将这些观测结果传输至中央处理器。

所述线收发信机，用于将中央处理器计算的路由更新维护信息传输至各信关站。

参照图4，所述多个信关站，其位于国土范围内的不同区域，形成一系列通信基站，完成透明传输工作。本实例将这些信关站分布在喀什(E76.5°，N37.5°)、西安(E108°，N34°)、三亚(E109°，N18.2°)、北京(E116.3°,N39.9°)、佳木斯(E129.6°，N44.6°)地区，这些信关站通过有线网络与所述地面控制中心通信获取数据，通过无线收发信机与卫星网络更新维护路由信息，根据对卫星的可见时间窗来选择可见卫星，并将路由更新维护信息发送给可见卫星。

每个信关站包括：有线收发信机、数据交流中心和无线收发信机，其中：有线收发信机与地面控制中心进行有线通信以获取地面控制中心产生的路由更新维护信令以及路由更新维护包；数据交流中心读取路由更新维护包从而获取将该包发给空间段卫星网络中的哪个过顶卫星；无线收发信机与空间段卫星网络进行无线通信，将路由更新维护包发送至空间段卫星网络的过顶卫星。

参照图5，利用上述系统在地面控制卫星网络进行路由更新维护的方法，其实现步骤如下：

步骤1，位于地面段的地面控制中心发起路由更新指令。

步骤2，地面控制控制中心获取更新维护扩散的源卫星。

2.1)测控设备对信关站和卫星网络进行观测；

2.2)地面控制中心根据测控设备观测的结果得到所有信关站对卫星的可见时间窗，并通过当前时间是否在可见时间窗内判断出可见卫星，即如果当时时间在信关站与卫星可见时间窗内，则判断该卫星为可见卫星；否则，判断为不可以见卫星；

2.3)将所有可见卫星连接起来，得到一个由所有信关站对卫星网络的覆盖区域，地面控制中心选择该覆盖区域边缘的卫星作为更新维护扩散的源卫星。

步骤3，地面控制中心进行各项计算。

3.1)地面控制中心节点对时间进行分片处理，分隔粒度为1min，并根据卫星实时的经纬度以及卫星之间的可见性关系，计算出每个时间片下卫星网络的连通关系矩阵，得到卫星拓扑构型；

3.2)通过多路径路由算法计算出每颗卫星的路由表，并且将该路由表通过信关站发送给更新源卫星再扩散至整个卫星网络，使卫星定期的维护自己的路由表；

本实施例给出的多路径路由表样，如表1所示.

表1多路径路由表

目的地址	1	…	60
				主路由表	i<sub>1</sub>	i<sub>x</sub>	i<sub>60</sub>
备用路由表	j<sub>1</sub>	j<sub>x</sub>	j<sub>60</sub>

3.3)地面控制中心对步骤2中得到的源卫星进行路由更新维护扩散路径计算：

参照图6，本步骤的具体实现如下：

3.3.1)在地面控制中心会通过信关站对卫星网络的覆盖情况，计算出可以上注的源卫星并把他们作为多源生成森林的源节点放入源卫星集合S＝{s₁,s₂,…s_i,…s_n}中，将卫星网络中的其他卫星节点当做目的卫星放入目的卫星集合D＝{d₁,d₂,…d_j,…d_m}中，其中s_i表示第i颗源卫星，n为源卫星的个数；d_j表示第j颗目的卫星，m为目的卫星的个数；

3.3.2)对每一个源卫星节点i用最短路径Dijkstra算法得到该源节点到所有目的卫星集合D中每个目的卫星节点j的最短路径P_ij以及路径代价值C_ij,所有路径组成二维路径数组P＝{P_i1,P_i2,…P_ij…P_im}，所有路径代价值组成二维代价值数组C＝{C_i1,C_i2,…C_ij…,C_im},其中j的取值为从1到m。

3.3.3)建立一个结构体数组Edge用来记录每个目的节点j需要从哪个源节点处得到路由更新信息包以及该条路径的C_ij值，之后通过遍历所有源节点到各个目的节点的C_ij，从而得到到达目的节点j的最小代价值以及对应的源节点i,并且将该源节点目的节点以及C_ij值填入Edge数组中，Edge数组的大小＝卫星网络所有卫星数-源节点集合中的节点数。

3.3.4)根据Edge结构体数组中的信息以及Path路径数组中的信息重新构建多源生成森林，把每个源节点作为森林中每颗树的根节点，通过遍历Edge结构体数组得到每个目的节点属于哪个源节点树，然后通过Path数组更新树，更新方式为：

如果Path中所有节点都不存在于该树，则将所有节点全部接入作为该树的一条树枝

如果Path中所有节点都存在于该树，则不进行任何操作；

如果Path中所有节点的前一部分在树中另外一部分不在树中，则将不在树中的节点作为该树的叶子节点连入树中。

3.3.5)将所有重新构建的生成树所组成的多源生成森林用一个nexthop数组存放，其中数组大小为卫星数*4，判断4个连续数组元素代表一颗卫星是否存在孩子节点：

如果存在，则将孩子节点信息存入对应数组位置；

如果不存在，则设置对应位置元素值为-1，路由更新维护包中写入的扩散路径就是该nexthop数组；

当卫星收到路由更新维护包后，获取该数组自己的对应区域信息，判断对应区域元素值是否为-1：

若不全为-1，则需要获取自己的路由更新信息以及转发路由更新维护包；

若全为-1，则说明该卫星节点为多源生成森林中树的叶子节点，则不需要转发直接获取自己路由更新信息即可。

步骤4，地面段地面控制中心将更新维护路由包发送给信关站。

4.1)地面控制中心将计算好的多路径路由表以及路由更新维护扩散路径计算中的nexthop数组写入到路由更新维护包中；

4.2)将路由更新维护包通过有线收发信机发送给所有信关站，在本实例中有5个信关站。

步骤5，地面段信关站接收地面控制中心路由更新维护包并发送给源卫星。

地面段信关站在路由更新维护操作中实现的是透明传输的操作，5个信关站通过读取路由更新维护包中的信息，获取更新维护扩散的源卫星，并将路由更新维护包注入空间段卫星网络中。

步骤6，空间段卫星网络扩散路由信息。

6.1)卫星节点收到路由更新维护包后会判断该包是否过期，如果过期则丢弃，如果没有过期，则执行6.2)；

6.2)卫星节点取出路由更新维护包中的多路径路由表，用新的多路径路由表替代过时的路由表；

6.3)卫星节点取出路由更新维护包中的路由更新扩散路径信息，判断自己是不是多源生成森林的叶子节点：

如果自己是该森林的叶子节点，则不将路由更新维护包继续发送；

如果不是，则将该路由更新维护包发送给自己的所有孩子卫星节点。

本发明的效果可通过以下仿真进一步说明:

一、仿真条件

本发明是基于OPNET网络仿真软件与STK联合对卫星网络进行仿真验证操作，其中：

网络中总节点数为114个，分布范围在全球，包含60颗卫星和48个业务源，以及1个地面控制中心节点和5个信关站。每颗卫星轨内链路2条，轨间链路2条；其中轨内链路持续保持连接，当卫星运行到纬度大于60°的地区时，轨间链路向前断开，通过该区域后再重新建链；无反向缝链路。

业务源端分布在六大洲，每洲若干个，具体为北美洲11个、南美洲5个、欧洲3个、非洲8个、亚洲18个、大洋洲3个。

负载业务分布：各大洲的每个业务源端随机产生业务，各大洲的业务发起和到达总比例如表2所示。

表2负载业务分布

二、仿真内容

仿真1：在上述仿真条件下，选择源卫星不存在特殊规则，针对每个可见轨道用本发明方法分别对两种方案获取卫星网络更新源卫星的扩散时延性能进行仿真，方案1是选择卫星作为源卫星，方案2是选择覆盖区域内边缘卫星作为源卫星，仿真结果如图7。

从图7可见，选择覆盖区域内边缘卫星作为源卫星明显由于随机的选择源卫星的效果，前者的扩散时延始终小于等于后者。

仿真2：在上述仿真条件下，针对网络的路由整体性能，以铱星系统负载业务分布作为测试样例进行关于路由性能相关的仿真，得到的吞吐量性能曲线如图8，时延性能曲线如图9。

从图8和图9可见，通过路由更新维护策略可以使得路由协议性能满足正常的路由协议性能指标。

仿真3：在上述仿真条件下，针对路由更新维护扩散过程，对本发明采用的多源生成森林算法与现有的泛洪算法的开销进行仿真，结果如图10。

从图10可见，泛洪算法的开销大约是多源生成森林的4倍。

仿真4：在上述仿真条件下，针对路由更新维护扩散过程，对本发明采用的多源生成森林算法与现有的最小生成树算法扩散时延性能进行仿真，结果如图11。

从图11可见，多源生成森林算法的扩散时延始终小于等于最小生成树算法等时延。

以上是本发明的一个具体实例，并不构成本发明的任何限制，显然，在本发明思想下可作不同形式修改和替换，但这些均在本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种卫星网络路由更新维护系统，其特征在于，包括至少一个地面控制中心、多个信关站及一个拓扑可预测的卫星网络；

所述地面控制中心，是一个具有强大计算功能以及强大观测功能的卫星网络核心控制中心，用于路由计算及更新维护；

所述多个信关站，其通过有线网络连接至地面控制中心，并以有线方式与地面控制中心进行信息交互，以无线的方式与卫星网络节点进行信息交互；

所述拓扑可预测的卫星网络，是由数颗卫星节点组成的一个空间承载独立网络，这些卫星节点通过不同的频段分别与其周围的卫星节点、所有的信关站及用户终端进行无线通信。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，地面控制中心包括中央处理器、测控设备及有线收发信机，该中央处理器用以完成各项计算功能，该测控设备用以完成相应的观测功能，并将观测结果传输至中央处理器，该有线收发信机是用于将中央处理器计算的路由更新维护信息传输至各信关站。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个信关站，其位于国土范围内的不同省市形成一系列通信基站，完成透明传输工作，这些信关站通过有线网络与所述地面控制中心通信获取数据，通过无线收发信机与卫星网络更新维护路由信息，根据对卫星的可见时间窗来选择可见卫星，并将路由更新维护信息发送给可见卫星。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：每颗卫星都有路由更新维护模块，数颗卫星节点根据其当时所完成的不同功能形成中继卫星节点、过顶卫星节和下传卫星节点；

所述中继卫星节点：用于在整个卫星网络中与周围的卫星节点之间以无线方式进行信息交互从而将数据从源卫星发送至目的卫星；

所述过顶卫星节点：用于与地面节点以无线方式进行信息交互，使数据业务或路由更新信令注入到卫星网络，

所述下传卫星节点：用于与地面节点以无线方式进行信息交互，使数据业务下传到地面网络。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，每颗卫星节点需要配备至少6副天线，该6副天线中有4副天线使用L波段频率与周围4个卫星进行通信，有1副天线使用L波段频率与地面终端进行通信，有1副天线使用Ka波段频率与每一个信关站进行通信。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，中央处理器包括：

拓扑计算模块，用于将从测控设备获得的连续拓扑分成离散的拓扑快照形式，并通过分析快照变化趋势选择更新维护周期进行路由表的更新维护；

多路径路由表计算模块，用于根据最短路径算法得到主路由表；将主路由表中每对源目的节点对应最佳下一跳去除后的拓扑，再用最短路径算法得到备用路由表，即备用路由表的下一跳地址是在最佳下一跳因故障或者是拥塞失效后的次佳下一跳；

路由更新维护扩散路径计算模块，用于对整个网络拓扑使用基于多源生成森林算法得到一个从地面控制中心到信关站至过顶卫星最后扩散至卫星网络的路径信息，即完成从单点→多点→多点→全网的路径信息获取过程。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，测控设备要完成相应的功能包括：对某一特定时刻的拓扑快照进行获取；通过监控卫星与信关站的可见时间窗选择可见卫星进行路由更新维护操作。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，路由更新维护模块包括：

更新维护子模块：用于维护更新自己的路由表，当卫星节点收到路由更新维护包时，检测更新包是否过期，如果没有过期，则更换自己的多路径路由表，如果过期，则丢弃路由更新维护包，不更改自己的多路径路由表；

扩散处理子模块：用于在整个网络中路由更新维护操作，即当卫星节点收到路由更新维护包时，检测未过期的更新包和自己不是整个生成森林的叶子节点，并将会向自己的叶子节点发送路由更新维护包。

9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，过顶卫星节点包括：

覆盖信关站的卫星，该卫星使用Ka波段频率与信关站通信，从信关站获取地面控制中心产生的周期性路由更新信令及路由更新维护包，作为卫星网络路由更新的源卫星，并将更新信息扩散至整个卫星网络；

覆盖用户终端的卫星，该卫星使用L波段频率与用户终端通信，从用户终端产生各种数据业务，作为卫星网络数据业务源卫星，并将该业务根据查表转发工作路由传输至下传卫星节点。

10.一种利用权利求1所述系统进行卫星网络更新维护的方法，其特征在于，包括如下：

1)地面控制中心会周期性发起路由更新指令，以告知自己开始路由更新维护操作；

2)地面控制中心根据测控设备观测得到所有信关站对卫星的可见时间窗，并通过当前时间是否在可见时间窗内判断出可见卫星，把得到的可见卫星作为更新信息扩散的源卫星；

3)地面控制中心进行卫星拓扑构型计算和多路径路由表计算；

4)地面控制中心根据2)中得到的源卫星进行路由更新维护扩散路径计算：

4a)将更新信息扩散的源卫星放入S源卫星集合中，则目的扩散卫星集合为D＝U-S，其中U是所有卫星节点集合；

4b)对每个源节点j，用单源最短路径算法找到该源节点到目的扩散卫星集合D中距离每个目的节点i的最短路径，并将得到的每条路径代价值C_ij存入路径代价值二维数组C中；

4c)通过遍历所有源节点到目的节点的路径代价值C数组，取每一行数组中最小值并且记录该代价值C_ij对应源目的节点对，直到所有目的节点均得到最小代价值的源节点，并将这些源节点作为发送节点；

4d)用所有源节点和目的节点对重新构造生成森林，并将每一个源节点对应的生成树结合起来得到多源生成森林；

5)地面控制中心将3)和4)计算得到的多路径路由表以及路由更新维护扩散路径存入路由更新维护包，并将该路由更新维护包发送至所有信关站；

6)信关站接收到路由更新维护包后，将其发送至2)中的源卫星；

7)由数颗卫星组成的空间承载独立卫星网络根据路由更新数据包中存储的路由更新维护扩散路径，对路由信息进行扩散：

7a)路由更新维护包从多源生成森林每颗树的根节点出发依次传输至根节点的所有孩子节点；

7b)每个卫星节点接收到路由更新维护包后，根据路由更新维护包生存期，判断该包是否有效：

如果是有效路由更新维护包，则更新维护自己路由信息，执行7c)；

如果不是有效路由更新维护包，则丢弃；

7c)每个接收到路由更新维护包的卫星节点判断自己是否是多源生成森林的叶子节点：

若是，则丢弃；

若不是，则将路由更新维护包发送至自己的叶子节点，直到整个卫星网络所有卫星都完成路由更新维护操作。

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