基于马尔可夫模型的卫星网络链路通断分析与可靠路由算法研究

张硕; 牛庆庆; 缪馨; 程袍; 章跃跃; 徐晓帆; 杜平

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2025189

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基于马尔可夫模型的卫星网络链路通断分析与可靠路由算法研究

研究与开发 | 更新时间：2026-01-20

- 基于马尔可夫模型的卫星网络链路通断分析与可靠路由算法研究
- Research on link analysis and reliable routing algorithms for satellite communication networks based on Markov model
- 电信科学 2025年41卷第11期页码：118-130
- 作者机构：
  
  1.上海卫星互联网研究院有限公司，上海 200120
  2.卫星互联网全国重点实验室，上海 200120
  3.上海市卫星互联网重点实验室，上海 200120
- 作者简介：
  
  [ "张硕（1996- ），女，博士，上海卫星互联网研究院有限公司工程师，主要研究方向为卫星互联网网络架构、空间承载网体制标准及路由协议。" ]
  [ "牛庆庆（1982- ），女，上海卫星互联网研究院有限公司工程师，主要研究方向为卫星互联网网络架构、空间承载网体制标准及关键技术。" ]
  [ "缪馨（1993- ），女，博士，上海卫星互联网研究院有限公司工程师，主要研究方向为卫星网络架构、短距离光通信和5G/6G移动通信。" ]
  [ "程袍（1993- ），男，上海卫星互联网研究院有限公司工程师，主要研究方向为卫星互联网通信网络仿真与卫星互联网通信前沿技术。" ]
  [ "章跃跃（1988- ），男，博士，上海卫星互联网研究院有限公司高级工程师，主要研究方向为卫星互联网网络架构及体制协议等。" ]
  [ "徐晓帆（1986- ），男，博士，上海卫星互联网研究院有限公司研究员，主要研究方向为卫星网络架构、空间激光通信和5G/6G移动通信。" ]
  [ "杜平（1978- ），男，博士，上海卫星互联网研究院有限公司研究员，主要研究方向为卫星互联网网络架构、承载网和核心网技术体制标准。" ]
- 基金信息：
- DOI：10.11959/j.issn.1000-0801.2025189
  中图分类号： TP393
- 收稿：2025-02-27，
  
  修回：2025-05-12，
  
  录用：2025-06-04，
  
  纸质出版：2025-11-20
- 稿件说明：
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张硕,牛庆庆,缪馨等.基于马尔可夫模型的卫星网络链路通断分析与可靠路由算法研究[J].电信科学,2025,41(11):118-130.

ZHANG Shuo,NIU Qingqing,MIAO Xin,et al.Research on link analysis and reliable routing algorithms for satellite communication networks based on Markov model[J].Telecommunications Science,2025,41(11):118-130.
张硕,牛庆庆,缪馨等.基于马尔可夫模型的卫星网络链路通断分析与可靠路由算法研究[J].电信科学,2025,41(11):118-130. DOI： 10.11959/j.issn.1000-0801.2025189.

ZHANG Shuo,NIU Qingqing,MIAO Xin,et al.Research on link analysis and reliable routing algorithms for satellite communication networks based on Markov model[J].Telecommunications Science,2025,41(11):118-130. DOI： 10.11959/j.issn.1000-0801.2025189.

摘要

在大规模卫星通信网络中，星间链路的动态性和不确定性严重影响网络性能。受卫星高速运动、轨道变化及空间环境干扰的影响，传统静态路由算法难以适应链路通断引起的网络拓扑频繁变化。为此，构建了基于马尔可夫模型的链路生存时间预测框架，系统分析了链路可用性、恢复速率与失效速率的关系，并探讨了日凌现象对链路稳定性的影响。在此基础上，提出了两种优化策略：基于链路生存时间预测的可靠稳定路由与传输算法，通过引入链路通断概率动态调整路径选择，提高路径生存时间；基于链路生存时间的动态加权最短路径算法，实现链路生存时间和时延因素的综合优化。仿真结果表明，所提算法显著提升了卫星网络的路由可靠性和数据传输效率，为大规模卫星星座网络的高效运行提供了理论和技术支撑。

Abstract

In large-scale satellite communication networks

the dynamic and uncertain nature of inter-satellite links significantly impacts network performance. Due to the high-speed movement of satellites

orbital variations

and disturbances from the space environment

traditional static routing algorithms struggle to adapt to frequent network topology changes caused by link establishment and disconnection. To address this issue

a link survival time prediction framework based on a Markov model was constructed

systematically analyzing the relationship between link availability

recovery rate

and failure rate

while also examining the impact of solar conjunction on link stability. Based on this framework

two optimization strategies were proposed: a reliable routing algorithm based on constrained shortest path first with link survival time (CSPF-LST)

where link failure probability was introduced to dynamically adjust path selection

improving link survival time; a dynamic weighted shortest path algorithm based on link survival time

which integrated link survival time and latency factors for comprehensive optimization. Simulation results demonstrate that the proposed algorithms significantly improve routing reliability and data transmission efficiency in satellite networks

providing theoretical and technical support for the efficient operation of large-scale satellite constellation networks.

关键词

Keywords

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