针对使用星际链路ISL（intersatellite links）的LEO（low earth orbiting）卫星系统，提出一种基于动态路由策略的网络重构与自恢复算法，通过该算法管理卫星能够尽可能快地检测出故障链路，并通过快速的、自主的测试可精确定位故障链路。重构网络拓扑，当故障链路恢复后，再在拓扑图中恢复该链路。通过在卫星网络上的仿真表明，具有实时性、精确性且可能不占用或只占用很少的额外带宽。
### LEO卫星网络的重构与自恢复
#### 概述
低地球轨道（LEO）卫星网络因其全球覆盖能力和提供个性化服务的特点，在本世纪初开始展现出巨大的商业潜力。然而，由于卫星系统的移动特性以及可能遇到的技术挑战（如链路故障、设备损坏、能源短缺等），LEO卫星网络面临着诸多挑战。为了确保网络的稳定性和服务质量，本文提出了一种基于动态路由策略的网络重构与自恢复算法。该算法旨在实现快速准确地检测和定位故障链路，并在故障恢复后自动更新网络拓扑结构。
#### 算法原理
##### 1. 网络链路故障检测和定位
**1.1 DT-DVTG模型的建立过程**
DT-DVTG（Discrete Time - Dynamic Virtual Topology Graph）模型是一种周期性的离散时间可变的拓扑结构，用于动态地跟踪卫星网络中链路的状态。具体而言：
- **离散时间**：指在固定时间间隔Δt内的不同时间点。
- **虚拓扑图**：在每个时间点上，管理节点到各个目标节点的不可达路径集合构成了该时间点的虚拓扑图。
- **动态变化**：由于卫星位置的变化，导致不同时间间隔内的虚拓扑图也会发生变化。
在构建DT-DVTG模型的过程中，采用动态路由算法选择最优路径，并假设每条卫星链路故障是独立发生的。为了便于理解和应用，引入了以下定义：
- **路由失败**：管理节点与目标节点建立连接时，因链路故障导致连接失败。
- **不可达节点**：在Δt时间内，如果从管理节点到目标节点的路由失败，则该目标节点被视为不可达节点。
- **不可达路径**：在Δt时间内，从管理节点到不可达节点之间的失败路径。
- **可达节点**：在Δt时间内，从管理节点到目标节点的路径中未发生失败的中间节点。
- **可达路径**：在Δt时间内，从管理节点到目标节点未发生失败的路径。
- **不确定节点**：在不可达路径上，管理节点无法确定其可达性的中间节点。
**1.2 故障检测和定位流程**
1. **信息收集**：以管理节点为起点，收集所有目标节点的信息，包括可达性和连接状态。
2. **构建DT-DVTG模型**：根据收集到的信息，构建DT-DVTG模型，即在特定时间点上的虚拓扑图。
3. **故障检测**：通过对比当前虚拓扑图与预期拓扑图，识别出故障链路。
4. **故障定位**：利用DT-DVTG模型中的信息，精确定位故障链路的具体位置。
5. **网络重构**：调整路由策略，绕过故障链路，更新网络拓扑。
6. **自恢复**：一旦故障链路恢复正常，立即在拓扑图中恢复该链路。
##### 2. 动态路由策略
动态路由策略是该算法的核心之一。它允许网络根据链路的状态实时调整路由路径，从而提高网络的可靠性和效率。在动态路由算法中，可以采用多种技术，例如最短路径算法、基于流量的路由算法等。这些算法能够根据链路的状态（如链路质量、延迟、带宽等）动态选择最优路径。
#### 实验验证
通过对卫星网络进行仿真实验，验证了该算法的有效性。实验结果表明，该算法能够实现实时性、精确性，并且不会或仅占用很少的额外带宽。这证明了该算法在实际应用中的可行性和高效性。
#### 结论
本文提出的基于动态路由策略的网络重构与自恢复算法为LEO卫星网络提供了一种有效的解决方案。该算法能够有效地检测和定位故障链路，并在故障恢复后自动更新网络拓扑结构，从而显著提高了LEO卫星网络的稳定性和服务质量。未来的研究可以进一步优化算法性能，探索更多应用场景，以及增强算法对复杂网络环境的适应能力。
