徐旭东, 李英玉

(1.中国科学院 国家空间科学中心,北京 100190； 2.中国科学院大学,北京 100049)

0 引 言

随着近年来小卫星技术和星间通信技术的发展,以及“互联网+”概念的兴起,卫星组网在未来将会成为趋势,由微小卫星组成的天基互联网在未来将可能实现。低轨卫星具有较少的星地通信时延和较低的发射成本,通过星间链路将低轨卫星组成卫星网络,能够提供全球覆盖以及广泛的数据通信服务能力,卫星网络将成为下一代互联网(NGI)的重要组成部分。目前,国外的StarLink、OneWeb等低轨卫星星座计划,以及国内的“天基互联网”[1]、天基信息港[2]、天地一体化网络[3]等用于卫星通信研究,旨在提供面向全球的通信服务。

简单地说,天基互联网就是通过星间链路进行通信、多星协同共同完成任务的移动分布式网络。在分布式低轨卫星网络中,需要选举某颗卫星充当领导者,来协调卫星任务的分配。领导者不仅负责任务分配,还可以监控其他卫星节点的状态。为了避免低轨卫星网络因领导者崩溃导致的系统不可用,需要可靠的选举算法在领导者崩溃后,能快速地选出新的节点担任领导者,维持分布式系统的可靠运行。

Bully算法[4]是领导者选举算法中经典算法之一,能够在分布式系统中选举优先级最高的节点担任领导者,但其选举过程将传递大量的消息,选举时间较长,影响了系统的可用性。国内外研究者针对Bully算法进行了相关研究,各种算法相继被提出。文献[5]提出随机向某个优先级高的节点发送选举消息的改进算法,但由于引入了随机性,系统通信开销起伏较大,影响算法的性能。……