多层卫星网络的星间链路分析与路由协议

根据多层卫星星座网络的链路长度与可见性模型,建立了多层卫星网络的数学模型,并据此提出了一种适于多层卫星网络应用的层次路由协议。新协议主要包括拓扑测算、路由计算和路由转发。仿真计算结果表明,该协议的计算速度快、拓扑更新的通信开销小、链路利用率高,其性能优于Bellman和多层卫星网络路由(ML-SR)算法。     

卫星集群网络仿真建模与路由算法性能分析

卫星集群是一类基于星间协同工作的分布式卫星系统,具有空间结构灵活、数据共享、智能服务等特点。针对当前卫星集群网络仿真平台及其路由算法的研究的不足,基于网络仿真软件NS-3与卫星场景分析软件STK,设计了卫星集群生成模块,搭建了更准确、通用且可扩展的卫星集群网络仿真平台。通过同单一的STK卫星轨道数据对比,验证了仿真平台中卫星运动模块的有效性。对AODV(自组网按需距离矢量路由),DSDV(目标序列距离矢量路由)和OLSR(链路状态优化路由)算法应用在卫星集群网络中的性能进行了仿真。结果表明:OLSR算法在卫星集群网络中性能最优,其分簇和链路状态感知机制可为卫星集群网络路由算法的研究提供借鉴。     

天基信息网络低轨非对称路由协议研究

天基信息网络中的低轨道(LEO)卫星因拓扑变化快、轨道周期短,存在较多的信息网络相关节点间的非对称链路。文章从路由表优化和特殊链路处理方案等方面进行研究,提出了一种基于分时的低轨卫星网络路由算法。以星间链路传输时延作为计算代价度量来判断路由选择的优劣,从链路检测、路由计算和数据转发等三部分对路由协议进行描述,并制定了低轨链路处理方案,可以有效地发现网络中的非对称链路,及时进行相应处理。最后,仿真对比分析结果表明,文章所提出的协议方案在非对称链路存在的情况下性能更为优越。     

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。     

基于合同网的分布式卫星系统任务优化分配研究

面向未来分布式卫星系统(DSS)自主协作运行模式,对DSS任务协作中的优化分配问题进行了分析和描述,提出了基于协商的任务优化分配体系结构,并由此给出任务组的概念,通过集覆盖理论将任务分配问题转化为集覆盖问题.从而引入合同网协议,以系统完成任务目标的总耗能最少为原则,加入限定卫星可回应任务数的约束后,提出了一种基于合同网的严格启发式优化分配算法对问题进行求解.同时,证明了算法搜索结果的上确界;分析了算法的收敛性和时间复杂度.该算法具有分布性,搜索空间缩减快,适合于中小规模问题的任务分配.     

延迟/中断容忍网络技术及其在行星际因特网中的应用

延迟/中断容忍网络(DTN)采用一种新的端到端的覆盖层网络体系结构,是实现行星际因特网(IPN)的一种重要技术途径。文章首先论述了DTN应用于航天的几种网络协议的特点,包括束协议、利克里德传输协议(LTP)、空间数据系统咨询委员会文件传输协议(CFDP)和Saratoga协议,并分析了DTN路由算法的特点和DTN网络软件的实现,然后总结了NASA在遥感、空间站、中继通信和深空探测等任务情景下进行的DTN飞行验证试验的技术特点。针对我国未来天基综合信息网建设的需求,提出了DTN技术在体系结构、汇聚层协议、路由算法和网关节点设计方面值得关注的问题。     

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。     

LEO卫星网中MPLS协议体系及其实现方案

由于卫星网拓扑时变的特性,使得现有的多协议标签交换(MPLS)技术难以在卫星网中有效地运行。以铱(Irid ium)系统为例,首先分析低轨卫星网(LEO)中星际链路的变化情况。针对卫星网具有频繁断接性和传输大时延等特点,将基于MPLS技术的LEO卫星网系统进行功能模块的划分,并重点对MPLS协议中的标签设计、信令协议选择、标签交换路径(LSP)的切换等问题进行仿真,同时提出相应的改进方案。     

基于OPNET的移动自组网路由协议的性能仿真

移动自组网(Mobile Ad Hoc Networks,MANET)是由一组自治通信节点组成的集合,其路由协议的设计与传统固定网络有很大不同.论文首先介绍了DSDV、DSR、ZRP三种路由协议,然后采用OPNET网络仿真软件比较这三种路由协议的分组投递率、路由开销、端到端平均时延等性能参数并分析了仿真结果.     

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。
     

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。     

具有优先级的LEO卫星网络路由研究

文章提出了带有优先级的最短时延卫星路由策略,将业务分为话音业务和数据业务,根据业务时延要求的不同,优先处理话音业务,再根据源卫星、目的卫星的位置,计算路径延时的度量标准,以此得到经过优劣排序的候选路径集合,并对最佳路径进行计算。仿真结果表明,算法显著降低了话音业务的时延水平,有效提高通话质量。     

星上系统时间算法研究

针对星上缺乏系统时间会出现钟差整体漂移的问题,本文提出两种新的钟速初值预报方法建立集中处理模式下星上系统时间算法：用每颗星第1天的前两历元的钟差预测钟速初值和用每颗星每天的前两历元钟差预测钟速初值。仿真结果表明,算法合理,两种方法得到的自主系统时间与国际全球导航卫星系统服务时间(IGST)相比,60天的偏移程度均在100 ns以内,用每颗星第1天的前两历元的钟差预测钟速初值建立的系统时间稳定性更好。     

一种基于反向探测的低轨星座路由算法

针对低轨卫星星座通信系统动态拓扑结构的特点,提出了一种基于反向探测的路由算法（Reverse Detection Based Routing,RDBR）,采用分布式实现且具有极低的运算复杂度,适合于星上实时计算,对于提高星座网络的自主运行能力具有重要意义。与快照序列（Sequent Snap Shots,SSS）算法的对比分析和仿真表明,RDBR算法以有限的信令开销取得的路由性能优于60s快照序列算法。
     

链路状态感知的低轨卫星网络路由机制

低轨卫星的空间组网能够突破地形限制,实现全天候、高带宽、低时延、广覆盖的数据通信,弥补地面通信系统的不足,使通信服务全球化成为可能。但是,卫星节点的快速移动和能量受限使得空间链路面临高动态、不可靠、间歇性等问题。同时接入用户的分布不均容易导致卫星网络出现重载节点和局部拥塞的情况,这对空间组网和数据传输提出了新的挑战。传统的静态卫星组网模式可靠性差,可伸缩性低,难以适应空间动态组网的需求。针对低轨卫星网络拓扑变化快的特点,提出链路状态感知的路由机制,在降低卫星能耗的同时减轻网络的局部拥塞,使用树莓派搭建半实物仿真平台,并在该平台上进行实验,验证了该机制的有效性。     

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。     

卫星星座网络的信息安全

随着卫星星座系统的应用,星座网络的信息安全成为星座系统的一个热门研究课题。在分析星座网络信息安全需求的基础上,比较分析了星座网络的安全协议,提出一种适合卫星节点存储资源、计算能力限制以及卫星通信特点的密钥管理策略。     

一种适合卫星网络的拥塞控制算法

针对卫星信道环境中存在随机误码和突发误码现象,现有TCP协议不能很好地区分数据丢失的具体原因,导致TCP协议性能下降的问题,提出了一种新的拥塞控制算法。此算法采用高低优先级数据包间隔发送的数据发送策略,并根据接收端的数据接收状况判断数据丢失的原因,采取相应的拥塞窗口控制策略。另外,为了减少反向链路带宽的占用,接收端采取周期发送应答信息的策略。应答信息包含了数据接收的整个状态。通过与当前多种针对此问题的协议进行仿真比较,所提出的拥塞控制算法不仅可以有效地区分数据丢失原因,提高前向链路吞吐量,而且还降低了反向链路的带宽占用。