基于网络效用的OFDM卫星移动通信系统呼叫接纳控制

在天地一体化网络中,OFDM卫星移动通信系统更有利于与地面无线网络融合。呼叫接纳控制是无线资源管理中的关键问题,本文针对OFDM卫星移动通信系统提出了一种基于网络效用和动态系统资源的星上呼叫接纳控制方法,采用集中式接纳控制,对卫星系统资源的集中管理可有效降低呼叫等待时延。所提出的接纳控制方法基于不同业务的网络效用函数,采用跨层设计思想,根据物理层卫星信道状态变化更新OFDM子载波传输能力,在呼叫接纳控制过程中动态调整分配业务带宽,实现整个网络效用最大化,同时保证业务的QoS要求。仿真结果表明,在系统业务负载饱和的情况下,该方法系统资源利用效率显著优于基于用户端最小阻塞概率的接纳控制方法和基于用户端业务QoS的接纳控制方法,非常适合于资源受限的卫星系统。     

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。     

宽带卫星通信的星上处理技术

卫星通信具有重要的战略意义，世界范围内兴起的电信自由化运动，为卫星工业的发展提供了发展动力和广阔前景，使之成为当前通信领域的研究热点之一，而具有星上处理、星上交换、星上路由技术的宽带卫星通信网络则是卫星通信的技术发展方向。本文讨论了宽带卫星通信网络的发展趋势，对与此相关的关键技术进行了论述，并对新一代宽带卫星通信系统在未来网络中的地位和应用问题提出了作者的看法。     

基于DBF的波束功率控制及优化设计技术

低轨卫星系统近年来得到了广泛的关注和发展,卫星的轨道高度低,具有传输延时短、路径损耗小的特点,可以为小型化用户终端提供服务,但也存在单星覆盖区内路径差异大、卫星业务分配不均和工作动态范围大的问题。针对这些问题提出了一种适用于低轨卫星的波束优化设计方法,采用地球匹配波束设计,来实现更好的链路质量和覆盖效率。在下行波束设计中,通过唯相位加权优化设计方法,在满足波束增益要求及波束间C/I的基础上,实现了单波束功率由0%~100%的调整能力。针对低轨卫星移动通信业务随时间变化,导致发射组件输出功率长时间工作于回退状态的特点,提出了一种通过卫星业务处理器实现业务量变化与功放的最佳效率供电电压匹配调整的星上自适应功放功率随动技术,使得功放平均效率有效提高,减少了天线的平均功耗和热耗。     

基于业务特征的空间光通信网络业务调度方法

针对空间光通信网络多用户组网和多类型业务传输的需求，提出了一种基于业务特征的光流交换(OFS)和光突发交换(OBS)相结合的空间光通信网络业务调度方法。OFS具有传输时延较大、光链路利用率较低、QoS保证能力强等特点，相比之下OBS以牺牲QoS保证能力为代价，提高了光链路利用率，降低了传输时延。经过对空间光通信网络拓扑结构和业务类型进行研究，以及对OBS交换体制和OFS交换体制进行数学建模仿真，结果表明，该方法能够根据通信业务类型和业务带宽等特征选择更适合的光交换体制，可充分利用两种交换体制的优点，提高空间光通信网络光链路利用率和通信业务统计复用程度，降低传输时延，增强QoS保证能力，可为空间光通信网络的交换体制设计提供参考。     

美国“动中通”终端及技术最新进展

"动中通" (OTM)是移动通信(即运动中卫星通信)的简称,即移动体之间或者移动体与固定体之间的通信.美国军事科技文献中的卫星"动中通"通常指同步卫星的移动通信应用."动中通"具有覆盖区域广、不受地形地域限制、传输线路稳定可靠的优点,能够真正地实现超视距、宽带、移动通信."动中通"终端通常指同步卫星的移动通信应用终端,它特别适合应急通信和突发现场的指挥通信.     

基于最小系统的小卫星在轨软件重构系统设计

提出一种基于星载终端处理设备最小系统的小卫星在轨软件重构系统设计方案。依据星上信息流实现现状,设计重构系统的系统框架,提出星载终端处理设备的最小系统组成、通用功能集和需要满足的整星安全性功能需求。系统中,应用软件程序数据按照注入帧格式通过遥控通道注入到星上,可缓存在星务存储器中再分发给终端目的设备,通过最小系统软件对应用程序进行引导和加载管理,整个过程均有差错控制设计以保证其可靠性和安全性。软件重构试验和容错试验表明,利用该系统可实现星载微计算机软件和FPGA配置数据的可靠上注、可靠存储和可靠加载。     

基于4G体制的LEO卫星移动[JZ]通信系统构架设计

随着卫星通信技术的进步、国家利益的全球拓展和国内外商业卫星移动通信需求的不断增加，LEO卫星移动通信系统已成为全球当前研究和发展的热点。文章提出一种基于地面4G网络体制的LEO星座系统构架，从体制分析、隧道传输、网络协议接口映射与业务承载等方面进行了详细论述。通过将系统划分为接入网、承载网和核心网，并在承载网中采用隧道传输技术，解决了用户终端复杂的IP地址切换和管理问题；通过用户链路星上资源池映射和接口转换协议的设计，解决了系统的业务传输承载中用户终端识别与数据定向问题。新的低轨卫星通信系统网络架构设计，有利于降低系统设计和实现的复杂度，便于实现与地面主流移动通信网络和Internet的互连互通，可为我国现阶段低轨卫星通信系统发展提供参考。     

基于TTEthernet的综合电子系统通信网络研究

星上总线技术是综合电子系统的关键技术之一,决定了星上电子设备的功能划分及整星信息系统的可靠性设计。选择时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTEthernet)作为综合电子系统的核心总线,从网络通信机制、时间同步计算和容错性能等方面分析了TTEthernet的特性及其星载应用的优势,并在此基础上构建基于TTEthernet的综合电子系统通信网络,提出了该通信网络在拓扑结构、系统同步过程和通信协议等方面的具体实现方法,对TTEthernet在卫星中的应用进行了探索,可为TTEthernet在航天领域的研究与应用提供借鉴。     

一种卫星IP交换系统中ICMP协议FPGA实现方法

卫星IP交换技术是实现星上IP网络的关键技术,在卫星IP交换系统中,通过ICMP协议可报告差错报文信息,并可对卫星IP网络中的不同节点进行连通性测试,因此ICMP协议在卫星IP交换系统中起着重要作用。针对星上模块化设计及处理能力有限的特点,提出一种星上ICMP协议的FPGA实现方法,将ICMP报文的判断和生成流程分开,判断部分可在各个端口处理模块完成,生成部分采用单独模块完成,不需要在每个端口模块都完成ICMP报文生成处理操作,不仅优化了星上ICMP协议处理流程,并且节约了星上存储及处理资源。     

一种改进的卫星宽带网络拥塞控制算法

以卫星宽带网络为应用背景,从卫星宽带网络的特点出发,设计并实现了一种新 的TCP拥塞控制算法——TCPCA。针对卫星网络高误码率的特点,在接收端采用了Casablan ca分类器区分链路丢包和拥塞丢包。为了克服由大时延带来的重传时间间隔过大的缺点,采 用了批量重传来及时重传丢失的报文段;同时针对大时延致使网络恢复时间延长的缺点,在 发送端采用智能窗口调整策略,避免由于链路错误而减小发送窗口导致的吞吐量下降。利用 仿真软件NS2,通过和传统的TCP拥塞控制机制相比较,TCPCA算法能够提高吞吐量,并且保 证了公平性和友好性。〖JP〗     

一种基于认知无线电的卫星网络信道接入策略

针对可用无线信道资源紧张与固定信道分配方式导致卫星网络信道利用率低下的问题,提出一种基于认知无线电的卫星网络信道接入策略。卫星用户以分时多址（TDMA）方式接入卫星信道,认知用户通过频谱感知发现卫星网络闲置信道资源,并以S-ALOHA方式接入信道。通过建立基于频谱感知与具有捕获效应的认知用户信道接入模型,分析认知用户最佳频谱感知时间,推导干扰信号在相干叠加与非相干叠加条件下的卫星网络吞吐率性能,并对影响网络吞吐率的因素进行仿真分析。结果表明,该信道接入策略能够在不明显降低高负载时卫星网络吞吐率的前提下有效提高低负载条件下的卫星网络吞吐率,且干扰信号相干叠加比非相干叠加对网络吞吐率性能的提升更为显著。     

三轴稳定地球同步卫星动量轮转速变化研究

对三轴稳定地球同步卫星中用于姿态控制的偏置动量轮转速变化问题进行研究。通过分析动量轮转速实际测量数据,得出太阳辐射压力影响转速变化的规律,并利用理论分析进行验证。在分析转速变化规律的基础上提出动量轮转速控制指导方案,并将其应用在实际三轴稳定地球同步卫星长期管理中,取得良好的控制效果。     

一种高动态卫星网络的拥塞控制算法

针对卫星网络通信路径发生改变引起往返时延突变,导致现有的拥塞控制机制中超时重传时间估计不准确,并对拥塞窗口计算产生不利影响的问题,提出一种基于链路长度的带宽估计TCPW\|BLC算法。该算法通过计算通信链路长度合理调整拥塞窗口、慢启动阈值及超时重传定时器中相关参数的增益因子,使拥塞控制算法在往返时延突变情况下仍保持较高吞吐量,适应卫星网络动态环境特性。NS2仿真结果表明,TCPW\|BLC算法相比TCPW算法在卫星网络中吞吐量性能提高了2.8%,有效降低了时延突变给拥塞控制机制造成的不利影响。     

Local debris congestion in the geosynchronous environment with population augmentation

Forecasting of localized debris congestion in the geostationary (GEO) regime is performed to investigate how frequently near-miss events occur for each of the longitude slots in the GEO ring. The present-day resident space object (RSO) population at GEO is propagated forward in time to determine current debris congestion conditions, and new probability density functions that describe where GEO satellites are inserted into operational orbits are harnessed to assess longitude-dependent congestion in “business-as-usual” launch traffic, with and without re-orbiting at end-of-life. Congestion forecasting for a 50-year period is presented to illustrate the need for appropriately executed mitigation measures in the GEO ring. Results indicate that localized debris congestion will double within 50 years under current 80% re-orbiting success rates.     

一种改进的快速传输控制协议及其在OPNET下的仿真实现

FAST TCP是一种面向高速长延时网络的传输控制协议,它通过在路由器中维持一个稳定的队列长度以最大化利用网络资源。本文将FAST TCP引入高速无线网络,针对由于无线链路随机丢包产生的吞吐量下降严重的问题,通过可用带宽的估计区分和辨别网络随机丢包,提出一种基于可用带宽估计的改进FAST TCP协议,并在OPNET下实现了改进FAST TCP进程模型。仿真结果表明在高速无线环境下改进FAST TCP有效区分了网络链路丢包,提高了吞吐量。     

低轨星座系统业务建模与仿真

低轨星座系统组网复杂,业务类型多且动态性强。为对系统业务进行分析和估计,首先 构建其业务建模与仿真框架,其中业务模型分为业务源模型和网络模型,业务源模型采用分 层触发方式实现对网内用户行为的精确描述,网络模型采用模块化方式以增强可扩展性。在 此基础上,针对“天基＋地基”模式的星座系统建设方案,对境外业务进行分析,基于业务 模型设计仿真场景,通过仿真获得不同用户数下星际链路所需承载的业务量,较好地解决 了卫星星际链路有效载荷的重量分配问题,为低轨星座系统的设计和性能评估提供参考。
     

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。     

某微小型卫星姿轨控计算机系统的设计

为实现卫星姿轨控计算机小型化，采用TI公司的数字处理器(DSP)TMS320F206芯片作为CPU，其他逻辑采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现，并以此为基础，将姿轨控系统其他有关仪器设备集成到计算机中，形成一台复合控制设备。研究表明，DsP可用于实现姿轨控计算机的小型化，以及今后复合控制系统的设计。     

在轨高效目标检测加速技术

针对深度卷积网络目标检测算法参数量大、计算量大以及受星上计算资源、存储资源及功耗的限制，难以实现在轨部署的问题，提出了一种在轨高效目标检测算法加速框架与实现方法。首先，设计了一种可以同时兼容三种卷积算子的计算引擎，有效提高了资源利用率;其次，从通道和卷积核两个维度将目标检测算法模型展开，实现了加速器的高度并行化和可扩展性;最后，在多种FPGA平台上实现了该加速器并对其性能进行了评估。实验结果表明：所提出的加速器计算性能可以达到1843.2 GFLOPs(每秒千兆次浮点运算)，推理时间为0.22 ms。与同类加速器方案相比，所提出的加速器框架在性能、功耗、能效比及推理时间方面具有很大优势，适合部署在资源受限环境中，具有良好的星上应用前景和价值。