基于流量预测的双层卫星网络动态路由算法

卫星网络具有覆盖广泛、接入简单等优点,被认为是下一代互联网的重要组成部分。文章提出了一种基于流量预测的双层卫星网络动态路由技术,拓扑采用LEO层和GEO层双层卫星网络结构,能够支持卫星网络新节点的动态加入。针对卫星网络管理员节点在执行网络任务时可能造成高负载导致高丢包率,从而影响网络性能的缺点,提出卫星网络管理员节点调整策略,根据流量预测算法对超过阈值的卫星网络管理员节点进行更换。最后,文章通过仿真试验对算法性能进行了验证,证明此算法在端到端时延和管理员节点丢包率方面具有优势。     

低轨星座卫星通信系统的路由算法研究

低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星星座系统能保证全球范围内任何两个用户之间的实时通信,成为卫星通信研究的热点。由于LEO卫星相对地面高速运行,星座的拓扑结构快速动态变化,路由问题一直是LEO卫星网络重点解决的难题之一。文章基于准全球星星座系统,分析了LEO卫星网络的拓扑结构特点,重点研究了路由算法。文章采用首选最短路径和次选最短路径的路由算法,对准全球星星座和Courier系统的星间链路性能通过分析和仿真加以比较。     

LEO卫星网络的切换策略及性能分析

采用Dijkstra算法,分析了低轨(LEO)卫星网络的距离最短、时延最小、跳数最小、持续时间最长等典型路由切换策略,并比较了性能。在综合考虑切换性能和时延等指标的基础上,提出了一种持续时间最长和时延最小组合,以及完全路由重构与部分路由重构结合的混合切换策略。各切换策略性能比较的结果表明,该混合切换策略的性能较优。     

LEO卫星网络路由算法的OPNET建模与仿真

由于OPNET没有提供标准卫星模块和星上路由器模块,这给卫星网络仿真带来一定难度 。针对LEO卫星网络路由算法,提出了一种OPNET路由仿真模型。该仿真模型主要由卫星网络 域、卫星节点域和路由进程域组成。卫星网络域实现网络拓扑结构的动态变化,节点域利用 无线仿真机制进行数据的发送和接收,路由进程域完成具体算法的实现。为了检验模型的性 能,仿真分析了几种典型的星上路由算法。结果表明,提出的仿真模型是正确可行的,且具 有一定的通用性,为卫星通信网络性能的仿真和分析提供了一种简单有效的途径。
     

一种改进的LEO卫星网络路由策略

文章结合LEO卫星网络的拓扑结构和运行规律,提出了一种时延受限的最小耗费（DCLC）路由算法。仿真结果显示,相对于最短路由算法,该算法具有较低的呼叫阻塞率和切换失败率,以及更好的服务质量。同时能够平衡各链路负载,使整个卫星网络更稳定。     

双层卫星网络中MEO与LEO卫星连接度分析

分析了在星座结构参数确定的条件下，中轨道／低轨道(MEO／LEO)双层卫星网络弱连接模型中层间连接度参数的选取。给出了连接度的理论分析和仿真结果，证明了在MEO／LEO双层卫星网络中，MEO卫星不应与其视距范围内的所有LEO卫星建立星间链路连接，而须根据MEO和LEO卫星间仰角等参数作出合理选择。     

多层卫星通信网络设计及星间链路几何特征分析

首先比较LEO、MEO、GEO和HEO卫星构成的通信网络的优缺点,针对性地提出一种多层卫星通信网络方案,设计了一种由LEO、MEO和GEO卫星构成的多层卫星通信网络,该网络是第一个以Walker delta型星座构成的含有各种ISL的多层卫星网络,所需卫星数目最少.通过仿真模拟了卫星星座,应用几何分析的方法研究了网络中ISL的俯仰角、方位角和路径长度三个参量的变化规律,对星上跟瞄系统的设计和转发器功率的选择有指导意义,为选用时延最短路由和满足服务质量提供依据.多层卫星网络能够综合单层卫星的优点,发挥其在覆盖范围、星间链路、传输时延等方面的巨大优势,满足各种业务的不同QoS要求.     

LEO星座网络动态源路由算法

近年来,在低轨(LEO)卫星星座通信网络中采用网际协议(IP)路由算法的研究已经取得了一系列进展,文章论述了LEO星座通信网络的特点、拓扑结构和虚拟节点策略。在此基础上提出了基于泛洪路由的LEO星座动态源路由算法DSR-LSN(Dynamic Source Routing algorithm in LEO Satellite Networks),星座网络仿真表明,DSR-LSN算法具有网络路由状态稳定性好、时延小的优点。     

一种新的基于跨层优化的Ka频段卫星MPLS网络快速重路由策略

卫星多协议标签交换(MPLS)组网技术为下一代卫星网的关键技术。通过定义星地无线链路的失效事件,分析Ka频段高轨卫星网络(GEO)星地链路失效间的相关性,提出了一种新的基于跨层优化的卫星MPLS网络快速重路由备份链路选路策略;且针对星地链路失效的物理层特性,进一步提出了一种新的基于对源端优先采用的失效欺骗策略。仿真结果显示：提出的快速重路由备份链路选路策略,可以有效减少受保护链路失效期间由于备份链路同时失效而导致业务中断的概率,提高了快速重路由成功率;通过对源端优先采用失效欺骗,可有效减小由源端发起新建全路径重路由的概率,节省了卫星网络的资源消耗和信令开销,提高了链路失效期间卫星网络的性能.     

LEO卫星网络快照序列路由算法优化

快照序列路由算法中时间段的大小影响卫星网络路由性能以及路由表存储和更新代价。提出一种等长时间段快照序列路由改进算法,能够保证时间段内路径不中断。通过分析和仿真,研究了不同时间段划分与丢包率、网络链路利用率、网络端到端延时的关系。结果表明,改进算法能够显著降低丢包率,而且随着时间段的增大,路径切换丢包率呈下降趋势,因此可以兼顾较好的网络性能和较低的存储需求。还提出一种星上存储的改进方法,能够进一步减轻星上存储压力。
     

适于LEO卫星IP网络的源组播算法

为了解决LEO卫星IP网络中现有源组播算法的信道资源浪费问题，提出了一套新的组播算法。即基于核心群的特定源组播（CSSM）算法和加权的CSSM（ω-CSSM）算法。CSSM算法以源节点作为初始核心群，通过核心群和剩余组成员的最短路径方法逐步扩展直至整棵组播树构建完成，这样所得的树代价最小，从而大大提高了网络的传输带宽利用率和有效传输容量。在ω-CSSM算法中，所提出的加权因子可以调整组播树的树代价和端到端传播时延之间的折衷程度，因此，可以通过调整加权因子柬适度增大树代价、降低端到端传播时延，从而支持某些有严格端到端时延要求的实时组播业务。通过与LEO卫星IP网络中典型源组播算法MRA的仿真比较，可以看出CSSM和ω-CSSM算法的树代价性能比MRA有显著改善，而端到端传播时延略高。     

宽带低轨卫星网高效组播中的部分网络编码算法

通过引入逻辑位置的概念,将宽带低轨卫星通信网的动态网络拓扑等效为多个静态拓扑的循环更替。针对静态网络的高效组播,提出部分网络编码算法。该算法只在有编码增益的节点处进行网络编码,其它节点直接路由转发。从等效的多个静态网络拓扑中提取连接关系不变的恒定网络拓扑,提出在恒定网络拓扑中采用部分网络编码实施组播。该方法能克服拓扑变化引起的路由和编码方案频繁变换问题,对应的吞吐量约为组播树路由的2倍,且优于多径路由,组播目的节点数越多,优势越明显。算法对于链路的失效具有较好的健壮性。研究成果对提高宽带低轨卫星通信网的组播吞吐量和健壮性具有一定的理论意义和实用价值。     

一种基于组合策略的低轨星座网络流规划方法

低轨星座网络流规划方法是提升大型星座网络性能的关键技术。针对现有低轨星座网络流规划方法手段单一，难以兼顾全局性能优化与卫星自主灵活性等问题，研究提出了一种基于组合策略的低轨星座网络流规划方法，首先根据业务特点对网络流进行分类映射，针对6类映射业务的QoS差异，分别采用集中式、分布式和源端路由等路由控制策略；在此基础上将星座网络流规划问题抽象为求解带宽约束下的多源单汇网络最大流和多源多汇网络最大流问题，分别采用负载均衡路由和多约束QoS路由算法；对基于组合策略和单一策略的星座网络流规划方法进行了仿真分析，结果表明组合策略比集中式的传输时延低约20ms，丢包率低约9%，比分布式的带宽利用率高约42%，可有效提升星座网络性能，能够更好满足不同场景及需求。     

基于移动式网络的LEO卫星星座通信网络研究

为飞机等交通工具内的用户提供基于卫星的不间断IP连接，并在卫星星座网络内实现IP路由选择功能，是未来LEO卫星星座通信网络需要解决的关键问题。提出了基于移动式网络技术的LEO卫星星座通信网络体系结构，实现了卫星星座通信网络中的IP路由选择功能，并降低了对地面网路的依赖，实现了对用户段网络随时随地的连接支持。在对卫星星座通信网络中的星地切换模式进行分析的基础上，提出了一种基于虚拟移动路由器的快速星地切换和认证方法。通过NS2仿真试验，给出了新型LEO卫星星座通信网络的传输延迟特性以及快速切换方法的仿真试验结果。仿真试验表明，提出的网络结构是满足未来卫星星座发展需求的，星地间的切换是低时延的。     

Iteration-based identification of faulty links in LEO/MEO satellite communication networks

Satellite systems are going to be an important part of the future personal communication infrastructure. The first-generation candidates for satellite personal communication networks (S-PCN) will rely on low earth orbiting (LEO) and medium earth orbiting (MEO) constellations. For LEO satellite systems employing intersatellite links (ISLs), we present a iteration-based algorithm to identify faulty links, which applies to a satellite network assuming a connection-oriented network structure, e.g., ATM or ATM-type switches on-board satellites. In the algorithm a management satellite can autonomously and real-time identify a ranked list of the most probable failed network links through building discrete-time dynamic virtual topology graph (DT-DVTG), then testing can be used to quickly pinpoint the actual faulty links. The performance of the algorithm is evaluated through simulations.     

Satellite end of life constraints: Technical and organisational solutions

Since 1974 with the radiocommunication satellite Symphony1, CNES launched and operated 11 GEO and 20 LEO satellites. During those 36 years, both flight segment and ground segment dramatically evolved and operational organisations and techniques equally improved. At the present time, CNES operates 1 GEO satellite and 17 LEO satellites with not much more people and costs than in 1986 when its first Satellite Operation Direction in Toulouse was only in charge of Telecom1A, Telecom1B and Spot1. This fantastic technical evolution combined with the huge increase of services to citizens and governments given by Space systems was unfortunately also associated with an enormous growth of space pollution by debris of all sizes. From the beginning, CNES was a major actor of the international effort to promote regulations in order to try to reduce or at least control this problematic situation. Internally, CNES, not only set up an operational on-call service to deal with collision risks, but decided to do its best to apply the new guidelines to the end of life of satellites under its responsibility even for those developed and launched a very long time ago. For instance, that was the case in 2009 for the reorbitation of the GEO satellite Telecom 2C (launched in 1995) and for the deorbitation of the LEO satellite Spot2 (launched in 1990). In addition, CNES prepares procedures to be able to be as exemplary as possible for its other spacecrafts whose end of life approaches. The constraints and challenges to face in order to cope with these new requirements are multiple: choice of final orbit, realistic calculation of re-entry duration, estimation of residual propellant, electric passivation, management of explosion risks… All these studies and operational experience gained will be helpful for the new role of CNES, which recently became in charge of controlling space operators in the frame of the new French space law on space operations.     

SCPS-TP协议用于LEO卫星网的性能分析与改进

SCPS-TP是空间通信传输协议,可用于卫星网络。为分析SCPS-TP在LEO卫星网中的性能和选择合适的拥塞避免机制,进行原理分析和仿真实验。在LEO卫星网中的典型时延和误比特率条件下,SCPS-TP协议采用Ve-gas机制比Van Jacobson机制能达到更好的性能。但LEO卫星网中存在的切换和路径改变情况会严重降低Vegas机制的性能。对此提出一种利用SCPS-NP包头信息感知路径变化和更新时延基准的改进方法,具有较好的可实现性。仿真结果表明,此举能明显提高SCPS-TP协议在LEO卫星网路径改变时的性能。     

GEO卫星能源分系统状态切换时间精确预报算法

为提供GEO卫星星蚀的起止时间,精确预报卫星能源分系统状态切换时间,以利于卫星在轨安全管理,提出了一种新的星蚀计算方法。不仅能准确预报星蚀起止时间、星蚀类型,而且可精确预报能源分系统状态切换时间。算法已成功地用于实际卫星管理。