Ad hoc网络局部路由发现算法

针对自组(ad hoc)网络按需路由协议采用全网络广播方式来进行路由发现带来的网络路由开销较大问题,提出一种减少网络路由开销的局部路由发现算法.路由附近节点根据当前路由上发送的数据报文计算到达目的节点的最小跳数;当路由发生中断时,路由发现请求报文将在中断路由附近节点间按照最小跳数减小的方式传递,从而合理限制路由发现范围;通过增大中断链路附近节点转发路由发现报文跳数的方式,扩大局部搜索范围,提高路由发现成功率.仿真实验结果表明,本算法最多可以减少约60%的网络路由开销,降低约70%的平均网络延迟,提升约10%的数据报文发送成功率.此外,任何基于广播方式进行路由发现的路由协议都可以使用这种算法优化性能.      

一种适于LEO卫星网络的动态源路由算法

针对低轨(LEO)卫星网络拓扑变化有规律、可预知的特点,提出了一种适于LEO卫星网络的动态源路由算法,即自适应路由选择(ARS)算法.它引入逻辑位置的思想屏蔽了卫星移动性对路由选择的影响,使得源卫星只需自身和目的卫星的逻辑位置信息便可以进行路由计算获得最小传播时延路径,避免了收集路由信息所带来的交换开销;同时,根据最小传播时延路径的分布特点提出了一种高效的路径表示方法,用于在IP数据报头中存储所获得的最小传播时延路径,中转卫星可以根据该路径信息转发数据报直至目的卫星,和其他各类源路由算法相比大大降低了路由开销;另外,该算法还针对可能发生的链路拥塞和卫星失效情况提供了保证数据报正常传输的处理方法.最后,将所提出的算法与最小传播时延数据报路由算法(DRA)和Bellman最短路径(SP)算法进行了仿真比较.仿真结果表明,ARS算法在降低路由计算开销和交换开销的同时,保证了数据报的端到端传输时延要求.      

航空高动态网络链路感知OLSR路由算法

针对航空高动态无人机（UAV）网络环境中节点移动速度快、网络拓扑变化快,导致网络链路稳定性差、数据到达率低和信息拥塞度高等问题,提出了一种航空高动态网络链路感知OLSR（OLSR-LA）路由算法,该算法利用接收的2个连续Hello消息的多普勒频移、能量等信号特征,计算出航空高动态无人机网络中2个相邻节点的相对速度和移动趋势,从而得出这2个节点之间链路的保持时间。根据节点MAC层接口队列长度衡量网络局部的负载程度,并利用ARIMA-WNN组合预测模型预测下一时刻节点负载的预测值,并通过Hello消息传递给邻居节点。根据链路感知情况,采用基于局部路由负载均衡（RRLB）算法避免拥塞的发生。仿真结果表明,与传统OLSR算法相比,本文提出的算法有效提高了分组交付率,降低了端到端的传输延时,增加了网络吞吐量,从而提高了整个无人机网络传输的有效性和实时性。      

层次网络数学模型与层次路由算法研究

建立了多层卫星网络的层次数学模型,在对数学模型研究的基础上,提出了一种适合多层卫星网络应用的层次路由算法.仿真结果表明,该算法具有较快的计算速度,降低了拓扑更新的通信开销,随着链路利用率的增加具有很好的时延性能,能够有效地提高空间信息网络的路由性能.      

一种基于等长时隙划分双层卫星网络路由算法

针对网络拓扑时变和链路频繁切换影响卫星网络路由性能的问题,采用"骨干/接入"和"弱连接"思想,构建双层卫星网络,实现地球静止轨道卫星(GEO)与低轨道卫星(LEO)各层的分开管理。在此基础上,通过动态调整极区边界值,进行系统周期的平均划分,提出了适合于双层卫星网络的等长时隙快照和星上分布式路由算法(Equal-length Interval Snapshots and On-board Distributed Routing Algorithm,EDRA)。分析和仿真验证表明,这种"骨干/接入"的双层卫星网络架构更加合理,EDRA算法划分的时隙数量仅为时间虚拟化和分层管理的路由算法(Virtualized Time and Layered Management Routing Algorithm,VLRA)的一半,平均时隙长度则为VLRA的3倍以上,减少了路由计算与更新的次数,提高了网络链路利用率,并且端到端时延抖动小,数据丢包率低,更加适合于卫星网络中应用。     

基于动静结合方法的卫星网络路由方法研究

路由方法是保障卫星网络信息传输能力的基础性技术，是地面路由技术与航天应用的有机结合.当前卫星网络使用的主流路由方法主要为预先设置好路由表、转发表的静态方法，地面商用路由方法则主要使用以OSPF为代表的动态方法.动态方法的性能、鲁棒性和可靠性均明显优于静态方法，但是在卫星网络中直接应用动态方法带来的相应需求如计算资源、存储资源和信道资源等，卫星网路往往不能满足.针对此问题，提出了基于动静结合的卫星网络路由方法.该方法将OSPF方法进行针对卫星网络的适当裁剪，结合传统的拓扑快照静态路由方法，在卫星网络可以负担的资源限制条件下，提高整个卫星网络系统的性能、鲁棒性和可靠性.     

基于SDN架构的NFV技术在低轨卫星网络中的应用

针对当前卫星网络通信业务需求复杂、星上设备对多业务兼容性差的问题，提出了一种面向低轨卫星网络的软件定义网络(SDN)架构。该架构设计了以星间链路为基础的虚拟化数据平面和多控制器的分布式控制平面，具有高度灵活和可编程的特性。通过网络功能虚拟化(NFV)技术实现了数据平面虚拟化和集群化控制器的功能分割，给出了架构实现的关键技术方案，使其能够实现数据传递的高效动态分配。最后仿真验证了在快速路由重构方面，该SDN卫星网络架构相较于传统卫星网络，在反向缝场景下全网平均网络查询时延更为稳定，且平均时延缩短了82.4%，进一步验证了其控制器数量选择的科学性，体现了该SDN卫星网络架构的先进性。     

弯管式卫星网络与区域路由

卫星网络(SN)主要包括两种体系结构:星上处理(OBP)和弯管(BP).OBP由于性能高而得到广泛关注,而BP由于成本低仍然被一些系统所采用.BP系统没有星间链路(ISL),但需要地面信关站的支持.不同的BP系统有不同的信关站布局,系统不兼容将造成重复和浪费.区域路由(AR)方法是一种通用性较强的路由方法,既可以应用在OBP系统中,也可以应用在BP系统中.使用该方法可以让多种BP系统共享卫星和信关站资源.文中介绍了AR原理及其计算机模拟结果;引入了"连通分析",综合考虑了系统的连通性和覆盖率,深化BP系统的分析.      

一种基于ECN概率标记的流量控制算法

提出了一种基于用户效用函数的网络流量模型,把网络拥塞控制问题转化为求解网络流量模型的最优化问题,并且给出了求最优解的对偶梯度投影算法.算法的核心思想是:源选择传输速率使得它的网络利益最大,而链路调整拥塞价格来适应源的决定.为了在IP网络中实现此算法,在路由器中以概率标记显式拥塞指示ECN(Explicit Congestion Notification)中的拥塞预警CE(Congestion Experienced)比特来传输网络拥塞信息,使用IP分组头中的生命域TTL(Time-To-Live)估计分组传输路径中链路的位置信息.通过计算机模拟验证了算法的收敛性和准确性.      

基于低轨移动星座的高速星载路由器设计

随着地面网络流量不断增长,实现星地一体化要求星间网络能够提供基于IP的大流量数据传输。而星载路由器作为连通星间网络的关键设备,其转发速率和服务质量等指标决定了整个星间网络的吞吐量和时效性。考虑到现有星载路由器吞吐量低的现状,提出一种适用于低轨移动通信星座的高速星载路由器设计方案,在基于拓扑快照的路由基础上补充3层动态路由,在保证交换速率的同时减少网络故障导致的丢包,实现“一次路由,多次交换”。采用共享内存式的交换存储单元,利用Spacewire和Serdes高速接口单元,理论上星间数据吞吐量能够达到最高51Gbit/s,且支持IP数据传输,为与地面网络的融合奠定基础。     

地月空间信息网络链路分配算法研究

在设计拓扑时,如何分配每颗卫星上有限的通信终端建立通信链路,构建一个性能良好的网络拓扑,成为了一个重要的研究问题。以平均月球中继卫星到地面站路径距离最小为优化目标,以卫星携带的通信终端数目、月球中继卫星与地面站的连通性为约束条件,提出了基于竞争决策思想的链路分配算法(Link Assignment Algorithm based on Competitive Decision, LAA-CD)和基于模拟退火法的链路分配算法(Link Assignment Algorithm based on Simulated Annealing,LAA-SA),并与贪婪算法进行对比。仿真结果表明,LAA-CD和LAA-SA算法下所得拓扑的平均月球中继卫星到地面站距离均小于贪婪算法,且LAA-CD算法能够有效降低算法的时间复杂度。进一步对比了两种星座,发现相比拉格朗日轨道卫星星座,在月球极轨道卫星星座下所得拓扑具有更小的平均距离,为空间信息网络分配提供技术支撑。     

离散拓扑业务模型中多媒体LEO网络性能分析

针对快速发展的多媒体卫星网络,提出一种新的低地球轨道卫星网络性能的定量研究模型。该模型考虑了星座动态拓扑变化和全球业务需求变化的复杂特点,建立了离散时间下的业务和拓扑映射关系;依据马尔科夫过程理论和卫星链路带宽约束条件,对实时和非实时两种类型业务采用概率分析方法,推导出定量计算阻塞概率、排队时延等网络性能参数的公式。大量仿真结果表明理论分析方法的正确性和有效性。该研究方法可用于多媒体低地球轨道卫星网络QoS路由管理和资源分配设计的参考。     

高中低轨导航星座混合体制星间链路规划

针对北斗系统加入低轨增强星座后的高中低混合星座特点,为了满足下一代导航星座主要的星间链路业务需求,提出了一种分级规划的混合星座星间链路规划方案。优先为激光星间链路的MEO、LEO、MEO-LEO建立拓扑,基于此拓扑提出了时分体制的分组拓扑规划算法。针对导航星座高中低速混合星间网络不同体制的路由提出了2种不同的改进路由算法,并对混合体制星间链路进行了仿真和规划。对规划结果进行了统计分析,验证了混合网络规划方法的正确性和混合网络在低轨监测数据回传、层间数据传输、导航信息上注3个典型导航业务场景的数据传输效能。低轨监测数据回传和连续体制节点导航信息上注时延均在1s之内,在94%的时间里有5~8条层间星间链路,时分体制节点在92%的时间里可以在12s内完成上行注入,为下一代导航系统规划设计提供参考建议。     

LEO卫星通信网络的移动性管理

近年来,低轨道LowEarthOrbit,LEO）卫星通信网络以全球覆盖、低传输时延、低功耗链路、较强的抗毁性等特点而受到广泛关注,是未来全球移动通信系统的重要组成部分。移动性管理是构建LEO卫星通信网络的关键技术,为推动移动性管理问题的研究,文章从LEO卫星通信网络的结构和特点入手,阐述了LEO卫星通信网络中移动性管理的分类,并分析了其相比地面移动无线网络的特殊性。从链路层、网络层、传输层三个协议层次综述了近年来LEO卫星通信网络移动性管理研究的国内外现状,重点介绍了移动IPv6（MobileIPv6,MIPv6）和无缝IP分集通用移动性结构（SeamlessIP-diversitybasedGeneralizedMobilityArchitecture,SIGMA）在LEO卫星通信网络中的应用。最后,指出了移动性管理的发展趋势。     

基于最小PDOP准则的星间链路拓扑方案

星间链路是卫星导航系统实现自主运行的一项关键技术.研究了一种 Walker(24/3/2) 星座,通过对卫星间可见性以及星间链路相关约束条件的分析,计算并确定了同轨卫星的A,B类排列方案,探索了建立位置精度因子(PDOP,Position Dilution Of Precision)值最小,即测距精度最高的星间链路拓扑结构的方法,并在此基础上利用Dijkstra算法计算出卫星之间以及卫星与地面站之间的最优路径.通过对星间数据传输时间延迟和星座网络卫星节点数据流量的统计,表明这种链路生成方案切实可行,能够满足预先设定的技术指标要求.同时对最短路径、最小跳数和网络流量均衡3种不同的计算策略进行了仿真,验证了这3种策略所造成的结果差异.