应用多智能体链路认知的低轨卫星网络路由算法

针对低轨卫星链路不稳定和负载不平衡等因素给网络路由带来的严重影响,提出了一种应用多智能体链路认知的低轨卫星网络路由算法。卫星网络通过多智能体对卫星链路投递率和链路可用性等环境进行感知和推理,获得卫星网络中星际链路质量评价,评价结果用于路由的优化,可达到提高网络吞吐率和使负载均衡的目的。以类似"铱"的卫星系统为仿真对象,对比文章算法和传统的自适应最短路径路由算法在吞吐量、丢包率和端到端时延方面的性能。仿真结果表明:文章提出的算法较自适应最短路径路由算法能增大吞吐量,降低丢包率,缩短高负载时的端到端时延,可有效提高低轨卫星通信网络的路由性能。     

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。     

基于统计CSI的双层卫星协作波束成形算法

针对高轨和低轨卫星构成的双层卫星通信系统,提出了2种协作式波束成形（BF）算法,从而采用认知无线电技术实现卫星通信网和地面移动网的频谱共享。具体而言,在地面网络作为主网络、卫星网络作为次级网络且系统仅已知统计信道状态信息的情况下,提出了基于次级用户信干噪比最大化的波束成形算法,以及提出基于主用户受到干扰最小化的波束成形算法,得到2种算法相应的最优波束成形权矢量解析表达式。最后,计算机仿真验证了所提2种波束成形方案的正确性以及有效性。     

基于负载均衡的导航时分网络建链优化技术研究

导航卫星可基于相控阵星间链路构成覆盖全球的时分捷变网络,文章针对卫星之间建链拓扑的优化问题进行研究。首先,建立导航卫星星座动态时分建链的拓扑模型,确定了在特定路由策略下,信息路径及网络节点负荷由网络拓扑唯一确定的原则,并分析了导航卫星网络业务流量不对称的特征。然后,基于导航星座模型提出基于目标评价函数进行负载均衡的网络拓扑优化方法,形成建链优化方法的计算步骤。最后,以网络时延和接入能力为指标验证时分网络建链规划方法对负载进行均衡的性能。仿真结果证明了基于负载均衡的时分网络建链优化方法的可行性,对全球卫星导航系统的星间链路管理与运行具有参考价值。     

双层星座中负载均衡路由协议研究

提出了一种适用于双层结构卫星网络的负载均衡路由协议LBRD。不同于传统多层卫星路由,协议采用独立的地理位置路由作为同层卫星的基本选路策略,并以层间互补的方式提高路由成功率;在此基础上,为了均衡网络负载,采用邻间链路负载通告的方式,调节单颗卫星的负载;对于多颗过载卫星形成的区域,引入区域均衡机制,通过节点间距离变换,使原本经过该区域的数据流绕行,加速负载恢复。仿真结果表明,协议能够有效地均衡网络负载,减少因拥塞所导致的排队延迟与数据丢失,保证了网络吞吐量。     

基于地理位置信息的无收敛多测度卫星网络路由算法研究

设计了一种基于地理位置信息的无收敛多测度的卫星网络路由算法CFR,算法根据地理位置关系、延迟和链路丢包率三种测度计算路由,满足不同应用的服务质量要求.当有数据到达时,卫星根据地理位置关系、网络拓扑和链路状态实时计算数据传输路径,避免了路由收敛过程.在此基础上,为有效均衡卫星网络负载,卫星将链路负载信息通告给数据传输路径上各颗卫星,卫星根据负载调节数据传输路径,有效地均衡了网络负载,减少了数据丢失,增加了吞吐量.     

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.     

一种窄带感知实现高效宽带频谱预测的机制

针对只有单一用户的频谱探测场景,提出了以窄带感知实现高效宽带频谱预测的机制,以能够全面有效掌握本地频谱态势,实现自由通信.基本思想是依据历史统计信息动态调整感知信道,在状态变化较快的信道上增加感知次数,在状态变化缓慢的信道上减少感知次数.经实验仿真,该机制相比随机感知和顺序感知有较大的性能提升.     

星上抽样侦听统计自适应多址

ALOHA类协议是实现卫星通信网的信令传输系统多址接入协议。但由于卫星链路传输时延长,当用户站较多、业务量较大时分组冲突率增高,导致上行链路的信道利用率急剧下降及端到端分组传输的时延增大。文章提出了一种新颖的随机竞争多址接入协议—星上抽样侦听统计自适应多址。该协议考虑到卫星链路长时延特点,在星上对上行链路信道进行抽样侦听,以确定出各站最合理的分组发送概率,并通过下行链路广播到各站,以实现发送概率的自适应控制。理论分析和仿真结果表明:该协议可将上行链路的吞吐率提高并稳定到最大值区间附近,使端到端传输时延明显减小,而且其实现简单方便。     

一种GEO/LEO双层卫星网络路由算法及仿真研究

时间虚拟化策略的时间片过短将影响路由性能,提出一种基于GEO/LEO双层卫星网络的时间虚拟化和分层管理的路由算法（VLRA）,对时间虚拟化策略进行合理改进,通过新的分层管理思想,在每个时间片开始进行路由计算和更新。分析和仿真验证表明,改进的时间虚拟化策略得到的时间片更合理,利于网络的路由和通信。GEO/LEO双层卫星网络下VLRA算法时延稳定,并具有较好的丢包率和吞吐量性能。     

Bi-directional multimedia satellite communication system using ultrasmall user terminals

NTT started development of a multimedia satellite communication system to provide a medium for Internet access in 1995. This system, which entered commercial service in 1998, uses a hybrid network consisting of a high-speed satellite forward link and terrestrial access links. To meet the increasing demand for low-cost and ubiquitous access links, a second-generation system equipped with satellite transmitting functions is now being developed. The user terminal design calls for a DTH-sized receiver antenna and a transmission power of less than 0.1 W, which will make it suitable for use in homes and small offices. The access link signals from the user terminals are superimposed onto the high-speed TDM forward link signal for efficient use of the frequency band. The transmission power from the user terminal is significantly low compared to that of the forward link signal, a novel interference cancellation technique is introduced. A channel assignment scheme called “channel reservation with rapid release” is introduced for both efficient use of the channels and higher transmission throughput. The forward link signal is completely compatible with the first-generation system, and the data rate is about 30 Mb/s.The paper describes the system's configuration, the central earth station's configuration, and the key technologies of the radio system and access control system.     

星-地混合通信网络前向链路安全传输方案研究

针对星-地混合通信网络前向链路在部分非理想信道状态信息(CSI)及非理想CSI下卫星窃听链路的安全问题，提出一种将地面基站信号作为协同干扰的安全传输方案。优化目标为地面基站节点传输速率最大，确保卫星合法节点接收信号质量，同时利用地面基站发送信号阻塞卫星潜在窃听节点对卫星信号的侦听。通过半定松弛原理将其转化为可解的凸优化问题，分别设计分层迭代、高斯随机化和二分搜索算法对问题进行优化求解。仿真校验结果表明，所提方案能够降低网络对CSI误差的敏感性，提高网络的可靠性和保密性。     

一种网络化卫星测控系统多址接入算法研究

大规模低轨卫星星座的出现，对地面测控系统提出了更高的要求，这使得网络化测控技术成为了各国研究的重点技术。本文针对低轨卫星网络化测控系统的接入问题进行了研究。首先，概述了传统低轨卫星星座发展历程及多址接入技术需求背景；然后，在分析传统CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问）与TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址）接入技术性能的基础上，提出了一种自适应接入方案，使得网络化测控系统在负载量较高或较低时都具有良好的网络性能。本文通过仿真验证了自适应接入技术在系统时延、吞吐量以及信道利用率上的优越性。     

改进暗通道遥感影像去雾方法及效果分析

遥感影像的预处理工作是遥感数据应用的基础。去除云雾是影像预处理工作的重要组成部分。针对遥感影像雾霾浓度分布不均匀的问题,提出一种改进的暗通道遥感影像去雾方法。以"高分一号"(GF-1)卫星为例,根据影像灰度图中的灰度值对影像雾霾浓度区域进行划分,对每个区域中暗原色值的获取方式进行改进,使用导向滤波优化大气传输率,以归一化植被指数(NDVI)为基础,设计用于评价影像去雾质量的定量指标。结果表明:所提出的方法能明显去除雾霾干扰,有效改善卫星影像数据的视觉效果,增强影像细节。该方法去雾处理后的遥感数据能应用于定量遥感,提高遥感影像的可用性及有效性。     

卫星物联网中随机接入技术研究进展与展望

卫星物联网具有广域覆盖的特点，可以很好地解决地面物联网的不足。随着海量用户的接入，对接入技术的吞吐量和丢包率提出了更高的要求。目前，以时隙ALOHA及监听信道ALOHA为代表的接入技术在地面得到广泛地应用，但时隙ALOHA在海量接入方面效率低下，不能直接用于卫星物联网，而卫星通信的大传播时延不允许使用监听信道ALOHA。因此，引入干扰消除冲突解决机制的竞争解决分集时隙ALOHA（contention resolution diversity slotted ALOHA，CRDSA）成为新的研究领域。回顾了CRDSA研究进展，从时隙同步和帧同步两个角度将接入技术分为同步CRDSA和异步CRDSA，在深入研究每种技术路线之后，总结了这些接入技术的特点，并以此进行分类概述。其次，详细阐述了每种改进方式的代表性技术原理，并结合技术特点就其在卫星物联网的适用性进行了探讨。最后，分析了未来我国卫星物联网的发展趋势，并结合这一趋势讨论了适用于我国卫星物联网的随机接入技术发展前景。     

一种基于NOMA的Q学习卫星通信随机接入方法

基于非正交多址接入(NOMA)的Q学习(Q-Learning)随机接入方法(NORA-QL)是实现物联网中海量设备泛在接入的一项有效技术.为了解决NORA-QL方法仍存在的传输能效和过载容量较低的问题,提出了一种适合卫星通信网络的改进方法(I-NORA-QL).针对传输功耗高的问题,I-NORA-QL利用卫星广播的全局...     

海上无人船自组网随机接入仿真研究*

海上无线通信具有传播环境复杂、多径干扰、信号衰减和时延较大等特点,传统的通信传输系统无法满足无人船之间、岸船之间稳定可靠的通信业务需求。针对海气界面组网观测中以无人船为核心的快速机动组网协同观测任务,研究基于信道感知的无人船自组网随机接入协议,采用优先级机制满足海上环境下网络负载较大时敏业务的低延迟传输需求,为无人船组网观测信息传递提供可靠性和实时性保证。终端采用一发多收机制提高数据传输成功率和网络系统吞吐量。最后,基于OPNET搭建仿真网络模型,从接入成功率、平均端对端时延、系统吞吐量等方面仿真分析所设计的随机接入协议性能。     

具有星上处理能力的点波束同步卫星网络中的TCP拥塞控制

如何提高同步卫星网络中的TCP业务传输效率,一直是卫星网络中的重要问题,针对星地链路的长延时、突发误码等问题提出很多方案,但大都是要对TCP终端进行改进,存在扩展性方面的问题。针对具有星上处理能力的点波束同步卫星网络下的TCP业务传输,从提高系统总吞吐量的角度,提出一种只需要在星上处理器和地面接入网关中进行相应修改的拥塞控制机制,该机制对TCP业务终端的行为没有任何限定,且具有很好的兼容性和可扩展性。系统仿真证明了该机制能够显著地提高GEO卫星系统的性能。     

多重闪烁干扰下高精度卫星导航算法研究

传统卫星导航抗干扰高精度算法只适用于处理平稳的干扰信号,难以适应无序脉冲组成的多重闪烁干扰环境。本文基于干扰协方差矩阵重建思想,提出一种新的适用于多重闪烁干扰环境下的卫星导航高精度抗干扰算法并进行仿真对比分析。通过压缩感知完成单采样点干扰测向,使用干扰噪声矩阵重建理论构造协方差矩阵,使用自适应波束约束算法实现单采样点天线阵列波束赋形,最终实现在干扰方向形成固定零陷,在卫星方向形成波束指向。与传统波束约束高精度抗干扰算法相比,该算法可以实现单采样点抗干扰权值计算,适用于快时变多重闪烁干扰环境。仿真结果证明：该算法可以在有效滤除多重闪烁干扰信号的同时在卫星导航信号方向维持波束指向,保障卫星导航信号观测精度,满足高精度卫星导航需求。