基于QoS的卫星网络k端可靠性分析

针对现有可靠性分析方法不能适应卫星网络中信息传播时延长，业务需求多样，导致计算准确性低的问题。考虑卫星工作的多状态特性，研究了多状态下卫星网络可靠性的问题，提出了一种基于QoS的卫星网络k端可靠性分析算法。首先，进行节点融合，对非融合元素采取置零取非操作，进行网络拓扑邻接矩阵变换，得到连通k个节点的路径。相较于传统方法有效地减少了矩阵变换次数，避免了冗余链路的产生。然后，为提升可靠度计算的准确性，根据不同业务的QoS约束条件和链路当前状态，确定网络中满足条件的可用路径，最后，由链路当前状态的可靠度计算出不同业务下的k端路径可靠度。研究结果表明：相较于其他算法，本算法不仅提升了卫星网络在不同业务下k端路径可靠度计算的准确性，而且计算效率提升了33.3%。     

卫星网络动态资源图多QoS约束路由算法

针对高动态卫星网络拓扑变化导致的网络更新期间可用路径失效，QoS需求难以满足的问题，提出了一种基于软件定义网络（SDN）架构的虚拟节点动态资源图多QoS约束路由算法（DRGVN-QR）。根据节点的切换状态、缓存以及链路的剩余带宽、时延等信息，结合虚拟节点的网络拓扑方式，建立虚拟节点动态资源图模型。根据资源图模型，建立最小路径代价的优化模型，利用蚁群算法（ACO）并发地为每个连接请求找到一段时间范围内的最优路径集合，并对信息素挥发系数的取值问题进行了讨论，以提升路径质量和算法性能。最后，为了适应卫星网络的时变性，设计一种幂数加权公式求出一段时间范围内的最优路径。仿真结果表明：DRGVN-QR算法能够规避路径失效带来的传输中断问题，提高网络QoS，与其他算法相比，该算法降低了平均端到端时延、网络丢包率和时延抖动。     

卫星网络多路径QoS路由策略研究

针对卫星宽带网络业务的多样性,提出了一种基于业务QoS(服务质量)需求和星间链路信息的多路径并行路由方案。该方案利用星间链路历史信息和准实时信息进行路由预规划,并基于星间链路实时信息和业务QoS需求对预规划的路由方案进行动态调整,实现业务数据在源节点和目的节点之间进行多路径并行传输。该方案不仅确保了业务传输的高可达性,而且使整个卫星网络链路资源得到充分利用,实现负载均衡。     

专用IP网端到端QoS保证方案研究

用于航天测控通信的专用IP网实现了话音、图像、数据等多种业务的综合传输。随着流量的增加,网络发生拥塞的可能性也逐渐增大。如何避免拥塞,确保重要数据高实时、高可靠的传输已成为了必须深入研究的课题。本文介绍了IntServ和DiffServ模型,分析了专用IP网的QoS要求,提出了端到端QoS保证方案。最后搭建了实物环境,对方案进行了实验验证,结果表明,使用QoS保证技术后,重要业务数据的实时性和可靠性得到了较好的保证。     

一种基于时空等级的LEO卫星网络路由策略

随着5G技术的发展和6G技术的研究，低轨卫星网络在未来空天地一体化网络中的地位越发重要，而作为网络核心技术的路由策略仍面临一些挑战，如卫星网络拓扑高动态变化、链路频繁切换、节点计算处理能力有限以及负载流量分布不均衡等。针对卫星所覆盖区域负载不均衡且与时间因素有关，以及星上用户多业务服务质量需求的问题，设计了一种基于时空等级的业务分类负载均衡路由算法。算法考虑了卫星网络流量的分布与时空等级的关系。卫星节点需先根据当前时刻及其所覆盖的地面区域计算其时空等级，并在路由算法的下一跳实时调整阶段加入时空等级作为选路条件之一，同时改进了阈值的计算方式，并在路由时考虑了不同的链路代价以满足多业务服务质量需求。仿真结果表明，相较于DSP、TLR和RMLBR算法，所提算法虽然在总吞吐量表现不及TLR和RMLBR算法，但在时延以及链路利用率方面有所改进，有效降低了平均端到端时延，较好地满足不同业务服务质量需求，均衡网络负载。     

一种新的星间链路切换保护算法

 星间链路切换将严重影响卫星网络的通信性能，需要对切换链路加以保护，这方面的研究目前还很欠缺。为此,给出一种新颖的星间链路切换保护(ISLHP)算法，该算法可同时生成业务路径和备份路径，且具有最小的综合费用（包括备份费用和业务费用）。算法采用本地链路保护，为星间链路切换提供快速恢复，并利用星间链路切换的可预测性和备份资源的可共用性，通过降低需要保护的链路数，减少闲置的备份资源，来提高网络资源的利用率。仿真结果表明:该算法具有切换恢复时间短，网络资源利用率高等优点。     

基于MPLS的卫星网络模型研究

简单介绍了卫星网络的研究现状.针对卫星网络拓扑动态变化、星载处理能力有限等特点,提出了一种基于MPLS的卫星网络协议体系结构.阐述了MPLS卫星网络的工作原理,分析了星间及接入各种链路的特点.将MPLS、ATM、IP三种卫星网络在可扩展性、网络延迟、QoS等方面进行了比较,结果表明,MPLS卫星网络不仅协议相对简单,可以保证可靠的服务,适于进行流量控制,而且还可以很好地适应空间特有的环境.     

星间链路数量受限的导航卫星网络链路分配问题

对星间链路数量非常有限、需要同时满足星间测距和星间通信需求的导航卫星网络的链路分配问题进行了研究。首先,分析了导航卫星网络的特点,并设计了一种基于有限状态自动机(FSA)的拓扑处理机制。然后,将星间测距需求作为一个约束,以星间通信的延时性能为优化目标,将导航卫星网络的链路分配问题建模为一个多目标优化问题。最后,针对建立的多目标优化问题,分别提出一种基于首次改善(FI)的本地搜索算法和基于模拟退火(SA)的启发式优化算法以对链路分配问题进行求解,并提出一种基于分支交换策略的新链路分配生成方法。仿真结果表明,通过FI算法和SA算法获得的优化链路分配的网络延时性能均得到了改进,且SA算法的性能要优于FI算法;同时,FSA的状态持续时间的减小有利于获得网络延时性能好的链路分配。     

面向风险均衡的AFDX虚拟链路路径寻优算法

为确保综合模块化航空电子系统的安全性需求能够在全双工交换式以太网中得到一致性保证,提出了一种面向风险均衡的路径规化（RBPP）算法,以满足各航电功能间的安全隔离要求,同时分散风险,避免局部物理链路的风险集中,提高系统安全性。以民机失效状态类别划分为基础,建立了航电功能、分区、端系统、虚拟链路（VL）风险模型;RBPP以均衡各物理链路风险为目标,同时综合考虑网络实时性、链路负载能力等因素,采用粒子群算法进行优化目标求解。利用仿真优化方法对RBPP算法进行了实现,在典型工业航空电子全双工交换式以太网（AFDX）网络架构及A380AFDX网络架构下进行仿真分析,结果显示多播VL的简化处理的会使网络风险增加;在1 000条VL配置下与负载均衡（LB）算法和最短路径（SP）算法进行了分析对比,结果显示RBPP算法在满足各航电功能间的隔离需求的同时,链路风险均衡能力在两种网络拓扑下分别比负载均衡算法提高了10.7%和23.4%,比最短路径算法分别提高了35.4%和47.9%。     

天基网路由策略及算法研究概述

路由技术是天基综合信息网组网的核心技术之一。根据卫星链路长时延、高误码等特点,天基网络和地面网络的路由算法有很大不同。本文在常用地面网络路由算法的基础上,给出了国内外卫星网络路由策略及算法的研究现状,并介绍了卫星星座仿真软件和卫星网络协议仿真工具。     

Admission Control of VL in AFDX Under HRT Constraints

Avionics full duplex switched ethernet(AFDX) is a switched interconnection technology developed to provide reliable data exchange with strong data transmission time guarantees in internal communication of the spacecraft or aircraft.Virtual link(VL) is an important concept of AFDX to meet quality of service(QoS) requirements in terms of end-to-end message deadlines.A VL admission control algorithm in AFDX network under hard real-time(HRT) constraints is studied.Based on the scheduling prin-ciple of AFDX prot...     

全球卫星导航星座网络协议体系与运行模式

针对全球卫星导航星座网络建设初期或论证阶段所涉及的网络体系结构、协议体系及相关组网等技术问题,开展了基于导航星座星间链路构建空间信息网络的技术研究,分别提出了由子网、接入网、骨干网等节点及其相互之间星间、星地无线链路构成的分层网络系统结构,设计了兼容遥控、遥测、测量与网络交互支持等业务的基于IP over CCSDS(基于空间数据系统咨询委员会标准的空间链路承载互联网协议业务)的协议体系,给出了全系统基本通信业务运行模式等。与传统高轨卫星通信系统相比,该星座网络具有高覆盖、低时延、随遇接入等优点,可实现星座导航性能与中低轨及地面用户通信性能的全方位提升,相关结果对我国全球卫星导航星座网络技术研究具有一定的参考意义。     

UMR: A utility-maximizing routing algorithm for delay-sensitive service in LEO satellite networks

This paper develops a routing algorithm for delay-sensitive packet transmission in a low earth orbit multi-hop satellite network consists of micro-satellites. The micro-satellite low earth orbit(MS-LEO) network endures unstable link connection and frequent link congestion due to the uneven user distribution and the link capacity variations. The proposed routing algorithm,referred to as the utility maximizing routing(UMR) algorithm, improve the network utility of the MS-LEO network for carrying flows with strict end-to-end delay bound requirement. In UMR, first, a link state parameter is defined to capture the link reliability on continuing to keep the end-to-end delay into constraint; then, on the basis of this parameter, a routing metric is formulated and a routing scheme is designed for balancing the reliability in delay bound guarantee among paths and building a path maximizing the network utility expectation. While the UMR algorithm has many advantages, it may result in a higher blocking rate of new calls. This phenomenon is discussed and a weight factor is introduced into UMR to provide a flexible performance option for network operator. A set of simulations are conducted to verify the good performance of UMR, in terms of balancing the traffic distribution on inter-satellite links, reducing the flow interruption rate,and improving the network utility.     

一种移动卫星网络最小费用切换算法(英文)

For mobile satellite networks, an appropriate handover scheme should be devised to shorten handover delay with optimized application of network resources. By introducing the handover cost model of service, this article proposes a rerouting triggering scheme for path optimization after handover and a new minimum cost handover algorithm for mobile satellite networks. This algorithm ensures the quality of service （QoS） parameters, such as delay, during the handover and minimizes the handover costs. Simulation indicates that this algorithm is superior to other current algorithms in guaranteeing the QoS and decreasing handover costs.     

IP网交换机主控板主备倒换风险研究

本地业务网络在实际工作中采用主备网双平面方式运行,各平面核心层交换机重要单板采用主备配置,一般情况下单板或设备出现异常,系统可以实现无缝割接,业务不受影响;但是,在实际维护过程中,由于配置了不同的检测机制,核心层交换机主控板倒换过程中,业务可能会出现异常。针对实际维护过程中发现的主控板倒换系统上报异常告警问题,通过跟踪异常情况下业务的错误转发路径分析主控板倒换对组网业务的影响,对异常告警产生的机理进行分析,提出通过重新激活BFD(Bidirectional Forwarding Detection,双向转发检测)会话的方式以保证业务正常转发路径的处理方法,以及对主控板版本进行升级的解决建议,可以有效保证业务网络的可靠运行。     

面向互联飞机的空天地网络一体化融合研

随着数字化技术的发展，民用飞机会在飞行各阶段产生大量数据，这些数据的利用及处理将提升飞机运营的经济性、安全性与舒适性。为了适应未来互联飞机对海量数据交换与传输的迫切需求，满足民用飞机对无线通信服务质量(QoS)的要求，有必要充分利用并合理分配多种现有和未来的空天地无线通信链路资源。分析了互联飞机的概念、生态系统及其对空天地网络的网络需求，研究了地面异构移动互联网采用的紧耦合和松耦合两种融合方法，采用了网络体系融合、IP网络和非IP网络融合及终端融合等多种融合手段，提出了适应于多种通信链路与网络体系特点的一体化空天地无线通信链路的融合架构，并对网络协议栈、网络安全以及集成验证提出了初步考虑。     

Reinforcement learning based dynamic distributed routing scheme for mega LEO satellite networks

Recently, mega Low Earth Orbit (LEO) Satellite Network (LSN) systems have gained more and more attention due to low latency, broadband communications and global coverage for ground users. One of the primary challenges for LSN systems with inter-satellite links is the routing strategy calculation and maintenance, due to LSN constellation scale and dynamic network topology feature. In order to seek an efficient routing strategy, a Q-learning-based dynamic distributed Routing scheme for LSNs (QRLSN) is proposed in this paper. To achieve low end-to-end delay and low network traffic overhead load in LSNs, QRLSN adopts a multi-objective optimization method to find the optimal next hop for forwarding data packets. Experimental results demonstrate that the proposed scheme can effectively discover the initial routing strategy and provide long-term Quality of Service (QoS) optimization during the routing maintenance process. In addition, comparison results demonstrate that QRLSN is superior to the virtual-topology-based shortest path routing algorithm.     

TP-Satellite: A New Transport Protocol for Satellite IP Networks

As a result of the exponential growth of the worldwide Internet, satellite systems are used to support broadband Internet access. Existing TCP protocols perform very well for Internet access on wired networks. However, in the case of satellite channels, due to the effects of high bandwidth asymmetry, long propagation delay, high sporadic bit error rate (BER) and burst errors, TCP performance degrades significantly. In this paper, a new end-to-end transport protocol, TP-Satellite, is proposed for satellite IP networks. TP-Satellite replaces the traditional slow start algorithm with a novel super start algorithm. In order to distinguish congestion events from link errors, a new scheme is introduced, which is based on alternate transmission of different class priority packets. Bandwidth asymmetry problems are addressed by the adoption of a modified negative acknowledgement (M-NACK) strategy, which periodically sends M-NACK packets. Simulation results show that TP-Satellite enhances the throughput performance on the forward path, reduces the bandwidth used in the reverse path, and offers a fair share of network resources.     

一种基于QoS的自适应混合协同传输方法及性能分析

理想的混合协同传输系统中,所有的中继节点都参与译码,将带来计算复杂度的提高、节点资源消耗的增加以及信息传输时延的增大。针对多节点的协同无线传输网络,提出了一种基于服务质量(Quality of Service, QoS)的自适应混合协同传输方法,并进行了性能分析,给出了系统误码率(Symbol Error Rate, SER)及中断概率的闭合表达式。该方法根据目的节点的QoS需求以及中继节点的信噪比(SNR)门限,动态地调整中继节点的传输模式,能够减小系统能耗,延长节点使用寿命。数值及仿真结果表明,基于中继节点信噪比门限的混合协同传输能够以较低的实现复杂度获得与理想的混合协同传输相近的性能,理论的性能分析结果与实际仿真结果相一致。