一种基于组合策略的低轨星座网络流规划方法

低轨星座网络流规划方法是提升大型星座网络性能的关键技术。针对现有低轨星座网络流规划方法手段单一，难以兼顾全局性能优化与卫星自主灵活性等问题，研究提出了一种基于组合策略的低轨星座网络流规划方法，首先根据业务特点对网络流进行分类映射，针对6类映射业务的QoS差异，分别采用集中式、分布式和源端路由等路由控制策略；在此基础上将星座网络流规划问题抽象为求解带宽约束下的多源单汇网络最大流和多源多汇网络最大流问题，分别采用负载均衡路由和多约束QoS路由算法；对基于组合策略和单一策略的星座网络流规划方法进行了仿真分析，结果表明组合策略比集中式的传输时延低约20ms，丢包率低约9%，比分布式的带宽利用率高约42%，可有效提升星座网络性能，能够更好满足不同场景及需求。     

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。     

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。     

LEO星座网络动态源路由算法

近年来,在低轨(LEO)卫星星座通信网络中采用网际协议(IP)路由算法的研究已经取得了一系列进展,文章论述了LEO星座通信网络的特点、拓扑结构和虚拟节点策略。在此基础上提出了基于泛洪路由的LEO星座动态源路由算法DSR-LSN(Dynamic Source Routing algorithm in LEO Satellite Networks),星座网络仿真表明,DSR-LSN算法具有网络路由状态稳定性好、时延小的优点。     

基于 AODV路由协议的 Ad Hoc战术通信网络攻击研究

AODV协议是目前战术通信网络使用的比较多的一种Ad Hoc网络路由协议。针对AODV协议下的Ad Hoc战术通信网络提出了两种路由攻击办法,并用OPNET 进行了仿真和性能分析。在这两种攻击模式下,观察Ad Hoc战术通信网络的丢包率、时延、吞吐量等网络性能指标。     

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。     

应用网络编码的空间信息网多径路由协议设计

针对空间信息网的长时延和高误码问题,提出一种应用网络编码的多径路由协议。该协议设计了基于最佳路径可用度的多径路由建立方法;同时在传统多径路由传输的基础上,采用随机线性网络编码方式对数据包进行编码,通过同时考虑链路状况和接收数据包个数确定编码次数,以优化编码策略;利用网络编码带来的冗余改进重传机制。在网络仿真-2(NS-2)平台上对路由协议设计进行仿真,结果表明,文章提出的路由协议设计分组投递率高,时延短,提高了网络性能。     

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。     

基于算力路由的空间信息网络低时延在轨协同计算策略

针对当前空间信息网络（Spatial Information Network, SIN）地面数据处理模式中存在的高传输时延问题,提出了基于算力路由的低时延在轨协同计算策略。考虑到卫星网络的动态变化及卫星计算资源的异构性,提出了要素时空扩展图模型,以实现在屏蔽SIN动态性的同时对星上资源进行精确表征。在此基础上,构建基于算力路由的多星在轨协同计算数学模型,提出时延优化问题,并利用改进的异构最早完成时间（Heterogeneous Earliest Finish Time, HEFT）算法进行求解。仿真结果表明：卫星在轨协同计算可有效降低卫星数据的任务处理时延;同时,本文所提的改进HEFT算法以较小且可接受的收敛性能为代价,换取了业务处理时延的大幅度降低。     

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。     

星间网络安全路由选择算法研究

星间网络由于拓扑结构高动态变化、可靠性安全性要求高、节点处理能力有限等特点,使其有别于普通的地面互联网。文章通过分析星间网络特性,对其中安全路由选择的关键技术进行深入研究,提出了一种基于节点信誉度评价与负载感知机制的星间网络安全路由选择算法。该算法采用混合路由配置策略,根据网络实时情况对路由进行动态调整,加入节点信誉度评价策略,减小恶意节点对网络的影响,并且增加节点负载感知机制,根据当前节点负载情况调整路由。最后,文章通过仿真实验验证算法性能,验证了算法在数据包传输成功率方面的优势。     

卫星通信中基于网络编码改进的广播重传策略

针对传统卫星广播重传策略、链路高丢包率下的基于网络编码的广播重传策略和最大团策略的问题,提出了一种改进的基于网络编码的广播重传策略。理论分析及模拟测试结果证明了改进的基于网络编码的广播重传策略较好地解决了传统卫星广播重传策略信道占用率较高、重传次数较多的问题,链路高丢包率下的基于网络编码的广播重传策略不能达到重传性能最优的问题,保证了卫星通信中的组播数据的快速、可靠的发布。     

LEO卫星网络快照序列路由算法优化

快照序列路由算法中时间段的大小影响卫星网络路由性能以及路由表存储和更新代价。提出一种等长时间段快照序列路由改进算法,能够保证时间段内路径不中断。通过分析和仿真,研究了不同时间段划分与丢包率、网络链路利用率、网络端到端延时的关系。结果表明,改进算法能够显著降低丢包率,而且随着时间段的增大,路径切换丢包率呈下降趋势,因此可以兼顾较好的网络性能和较低的存储需求。还提出一种星上存储的改进方法,能够进一步减轻星上存储压力。
     

极轨星座分布式数据报路由链路失效影响研究

针对极轨道星座网络,分析分布式数据报路由算法性能,给出单链路失效对可行最少跳数传输路径数量的影响,用以衡量该链路的重要程度.考虑到现有优先最短传输时延路径的分布式数据报路由算法会引起业务分布不均,重负载链路失效会造成严重性能下降甚至引起级联失效,提出基于逻辑距离的概率分布式数据报路由算法,保证数据报路由在最少跳数前提下尽量沿受失效链路影响最小方向前进,均衡业务分布,提高对链路失效的抵抗能力.仿真结果表明所提算法相比优先最短传输时延策略,能以极小的传输时延为代价,平衡业务流量,对通信路径中出现单链路失效有较好的容错性.     

天地联合测控鲁棒性路由算法

针对未来海量飞行器的测控需求与中继卫星有限资源之间的矛盾,在天地联合组网测控架构的基础上,设计了基于时变图的时延保障鲁棒性路由算法,以满足测控任务低时延、高可靠的通信要求。首先,构建时间扩展图(TEG),精准表征天地联合网络的时变拓扑、链路时延与业务需求;然后,将时延保障鲁棒性路由问题建模为最短时延备份路径问题,采用贪心思想和增广路径回退机制,设计基于TEG的最短时延备份路径算法,高效获取两条低时延且互为链路备份的端到端路径,为测控业务传输提供鲁棒性保障;最后,分析了时间复杂度并给出算法应用示例。相比于传统备份路由方法,所提算法能够构建时延性能较好的备份路径(仅增加0.01 s),100%保障单链路失效情况下测控业务传输不中断。     

无线传感器网络的容错拓扑控制技术

为了延长无线传感器网络的生命周期,进行了无线传感器网络中拓扑控制策略的探索性研究,提出了容错拓扑控制算法(Fault Tolerant Topology Control Algorithm,FTTC).在OPNET仿真平台上将FITC协议与无线传感器网络中传统的两种节能路由协议基于信息协商的传感器协议(Sensor Protocols for Information via Negotiation,SPIN)和直接扩散协议(Directed Diffusion,DD)在同等条件下针对节点能量使用进行对比,结果表明FFIE算法使得节点能根据自身剩余能量状况对节点运行模式进行控制,达到节能目的;最后与传统的平面按需路由协议动态源路由协议(Dynamic Source Routing Protocol,DSR)和临时按序路由算法(Temporary Ordered Routing Algorithm,TORA)在网络生命周期方面进行了比较,仿真结果表明,FTTC协议比DSR和TORA在单位时间内耗尽全部能量的节点数要少,因此网络生命周期更长.     

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。     

箭载无线传感器网络动态业务分配方法研究

无线传感器网络技术是新一代火箭测量系统中的关键技术之一,为实现箭上无线传感器节点业务动态变化场景下的信道资源无冲突分配,提出了一种基于优先级的动态业务分配方法——基于优先级的动态占空比节能位图辅助MAC协议(PD-EBMA)。主要思想是利用位图辅助适应业务量的动态变化、搭载预约的方式减少控制信息开销、背包算法提高信道利用率和降低时延,以及在流量较小时延不敏感的场景中使用动态占空比的思想降低能量开销。仿真结果表明:相比传统固定时隙的分配方式,PD-EBMA可以大幅提升网络灵活性,同时能耗和时延特性也得到显著改善。     

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。     

低轨卫星网络组播算法

为解决低轨卫星IP网络中现有典型源组播算法的信道资源浪费,提出了一种核心群合并共享树(CCST)的低树代价组播算法.用动态近似中心(DAC)选核方法和核心群合并组播路径构建方法:DAC方法基于逻辑位置形成虚拟静态且结构规则的网络拓扑选择核节点;核心群合并方法以核节点为初始核心群,通过核心群和剩余组成员的最短路径方法逐步扩展至整棵组播树构建完成,可使组播树的树代价最小,大幅提高网络的传输带宽利用率和组播传输效率.仿真结果表明:与低轨卫星IP网络的其他典型算法相比,CCST算法的树代价性能明显改善,但端至端传播时延略高.