LEO/MEO双层卫星网络中层间ISL空间参数研究

低地球轨道 /中地球轨道 (LEO/MEO)双层卫星网络是未来卫星移动通信系统重要组成部分 ,而层间卫星星际链路 (ISL)是影响整体双层卫星网络系统性能的重要因素。文章重点分析层间ISL的空间参数几何特性 (包括星间链路长度 ,星间链路指向方位角和仰角 ) ,为星载天线跟踪系统设计和LEO/MEO双层卫星网络最优化路由搜索算法提供依据     

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.      

路由算法在LEO通信星座构型优化中的应用

低轨(LEO,Low Earth Orbit)通信星座的特殊功能决定了其构型优化需要综合考虑成本、覆盖和路由性能等因素.以往的研究往往忽略了路由性能,导致优化得到的构型不能很好的满足要求.首先给出了两个意义明确的星座路由性能的评价指标,然后通过将它们作为目标函数进行仿真,验证了其优化必要性和评价有效性.最后利用多目标遗传算法实现了星座的构型优化.仿真结果显示,将路由算法加入到星座的构型优化中,在仅对星座构型参数进行微调的前提下,不仅满足了成本、覆盖等基本要求,而且星座的路由性能大大提高.     

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。     

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。     

Groebner基方法在LEO卫星网络路由优化中的应用

卫星网络中的服务质量(QoS,Quality of Service)多目标约束路由问题已被证明是一个非确定性多项式完全(NPC,Non-deterministic Polynomial Complete)问题.根据低轨(LEO,Low Earth Orbit)卫星网络拓扑变化有规律、可预知的特点,将Groebner基方法引入满足QoS多目标约束的路由算法中,应用算法前将QoS多目标约束问题转化为单目标约束问题,使它能够被多项式的最短路径优先(SPF,Shortest Path First)路由算法求解,从而通过Groebner基方法解决QoS多目标约束路由问题,保证了QoS参数的有效性.最后,将所提出的算法与启发式算法和最短路径优先算法进行了仿真比较.仿真实验结果表明,Groebner基方法有效降低了星上计算的难度,比传统方法能提供更好的QoS保证.     

月地高速激光通信系统链路特性分析

根据地球、月球、探月卫星的三体运动,针对月地激光链路的建立与保持,分析了地球与月球对链路的遮挡问题,对链路模式进行分析。仿真结果表明:使用3颗月球极轨(Moon Polar Orbit,MPO)卫星来进行通信时,链路中断的次数将大大减少,但是在某些时间段上,仍然受到月球的遮挡而迫使通信链路频繁中断。使用4颗MPO卫星来进行通信时,链路将不再受到月球的阻挡,而仅受到地球的遮挡。同理,增加地球同步轨道卫星的数目可避免地球的遮挡。仿真结果表明,采用2颗地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星建立链路,链路将不会受到地球的遮挡,建立深空科学研究的信息中继中心,采用激光通信技术,实现月地高速激光信息传输,为我国深空探测技术的发展提供支撑。     

一种低轨遥感卫星按需数据传输机制

针对现有低轨（LEO）遥感卫星数据下行机制普遍存在的低效率、高时延、传输路径易损等问题,提出了一种新型的遥感数据传输机制。所提机制中,支持地面站按需实时定位遥感影像资源,并建立定位卫星到达地面站的传输路径;在建立传输路径时,考虑到协作卫星与地面的可视时间有限,提出了以路径持续服务时间最大化为度量的路由算法,降低因协作卫星改变而引入的传输时延。基于NS3仿真平台实现了所设计的数据传输机制,实验表明,提出机制相比现有数据传输机制可降低数据传输时延,减少数据丢失。      

卫星组网构型设计及接入算法技术研究

为了弥补单层卫星网络的缺点,综合各单层卫星网络的优点,形成优势互补,为用户提供更好的服务质量,混合卫星网络应运而生.针对不同的卫星接入算法对卫星的服务质量的影响各不相同,重点研究设计更好的混合卫星网络和卫星接入算法.在分析GEO、MEO、LEO和HEO卫星网络各自的特点的基础上,综合其性能的好坏和设计实现的难易程度,设计并提出5 GEO+66 LEO的双层卫星网络及多QoS约束的卫星接入算法.最后通过仿真分析,验证该算法的正确性.     

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。     

低树代价的低轨卫星网络组播算法

为了解决低轨卫星网络中现有典型源组播算法的信道资源浪费问题,提出了一套单核共享树组播算法,即核心群合并共享树(CCST)和加权核心群合并共享树(w-CCST)算法.CCST算法包括动态近似中心(DAC)选核方法和核心群合并组播路径构建方法.在核心群合并方法中,以核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,从而大大提高了网络带宽利用率.在w-CCST算法中,通过调整加权因子可以适度增大树代价、降低端到端传播时延,以支持某些时延性能要求严格的实时业务.仿真结果说明,CCST算法的树代价性能比其它算法有显著改善,w-CCST算法的端到端传播时延性能好于CCST算法.      

基于认知无线电的GEO与LEO卫星频谱共存

随着新的宽带多媒体业务的发展，宽带无线频谱的需求日益增长。同时，低轨道（LEO）卫星由于其传输损耗低、传播时延小而被大规模部署。为了更好地利用频谱资源，卫星通信系统普遍采用高轨道（GEO）卫星与LEO卫星频谱共存的方案来提高频谱利用率。在频谱共存的过程中，提出了一种基于动态阈值的能量检测与波束跳跃相结合的算法，以减小LEO对GEO卫星的干扰。首先对LEO卫星的信噪比进行估计并实时选择最优阈值，然后利用基于动态阈值的能量检测算法对GEO卫星信号进行判别，最后根据判断的结果进行波束调整。仿真结果表明，提出的基于动态阈值的能量检测算法的检测误差明显低于传统的基于固定阈值的能量检测算法和基于二阶循环统计量的频谱感知方法。当信噪比低于-10dB的情况下，检测误差低于0.2；而当信噪比高于-5dB时，检测误差趋近于0。     

全球个人卫星移动通信系统

全球个人通信系统（ＰＣＳ）是一个发展中的新概念。１９９０年初开始提出利用静止轨道以外的其他轨道通信卫星的设想,最好是利用低轨道（ＬＥＯ）卫星。使用低轨道卫星就像把地面蜂窝网搬到天上,并能提供与之相仿的业务。文章评价了利用移动的和个人终端的通信卫星网;给出了未来低轨道卫星网的前景;对其中一些有关问题作了归纳。同时,描述了个人通信系统的功能性构成,并对一些网络的主要技术参数作表比较。     

星座设计与星际链路的建立

在卫星移动通信系统中 ,若使用 L EO/MEO卫星 ,则其位置相对于地球是时变的 ,卫星之间的相对位置也是时变的。要在星座中建立星际链路(Inter Satellite L inks) ,需要确知卫星的相对位置 ,计算卫星间的方位角和距离。文章在介绍了星座类型和几种星座设计方法的基础上 ,说明了星际链路的空间几何参数关系 ,详细讨论了卫星间的方位角和距离与星座设计的关系 ,并给出了一些有价值的结论。