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。     

基于OPNET的低轨卫星网络路由仿真与优化

针对业务高速化、多样化背景的LEO(低地球轨道)卫星通信网络传输问题,提出一种复合分组调度策略和基于拥塞控制的备份路由方法相结合的路由算法,既保证了不同业务的服务质量,也在网络部分卫星节点因负载较重发生拥塞时实现业务分流,避免低优先级业务因资源竞争力较弱而"饿死",保证各业务的吞吐率,提高网络的性能。最后,以OPNET(优化网络工程工具)软件搭建了LEO卫星网络仿真平台,对文中提出的路由协议进行仿真,验证了算法的有效性。     

网络化综合化的天地一体化信息系统探讨

针对天地联网中空间与地面网络节点的信息高效互通、交换及应用需求,利用电子信息综合化技术实现高度综合化的多功能通用平台,构建天基以及地面系统"资源池",结合SDN(Software Defined Network,软件定义网络)架构、网络协议与路由网关,将有效解决网络中由于物理界限造成的信息阻隔,实现物理资源与边界虚拟化、信息流程智能化的天地一体化天基信息系统,提高天基信息资源利用率、信息按需定制及高效共享能力.结合天基信息系统发展趋势,探讨了天地一体化信息系统的网络化、综合化应用建议和研究重点,梳理了天、地节点综合化、网络化的关键技术方向.     

MEO/LEO双层卫星网络中层间链路的连接度分析

作为未来卫星移动通信系统的一个重要的研究方向,提出了一种由MEO卫星和LEO卫星共同组成的双层卫星网络(Double-Layer Satellite Network,DLSN),以更好为用户提供多媒体服务.作为多层卫星网络的一个重要的研究内容,连接不同高度上卫星的层间链路(Inter-Orbit-Links,IOLs)的特性对于整个DLSN网络的性能会有很大的影响.根据所设计的多层卫星网络的星座参数,通过对层间链路几何特性的研究,分析了多层卫星网络中MEO卫星与LEO卫星的连接度性能.采用计算机仿真的方法,给出了层间链路连接度的特性.结果表明,为了提高网络性能,在多层卫星网络中应按照一定参数有选择的建立层间链路,而不是简单的采用视距可见原则建立层间链路.     

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。     

基于快速性能计算算法和序优化的卫星星座构型设计研究(英文)

卫星星座设计是一个复杂耗时的仿真优化设计问题。本文首先介绍了一种利用Hermite插值算法计算卫星星座性能指标的快速算法,用来减少计算复杂度和时间,并且基于快速算法建立了星座构型优化模型。其次引进了序优化理论,用来缩减搜索空间。针对星座优化问题,详细阐述了序优化所涉及到的精确和粗糙模型、有序性能曲线、选择规则和选择集合。通过对卫星导航星座和天基目标监视星座系统的仿真表明序优化理论对处理卫星星座优化设计问题是有效的。     

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。     

基于网络编码的空间DTN中CGR改进算法

随着空间通信技术的发展,卫星节点的增多,以及容延迟容中断通信需求的不断提高,空间DTN (DelayTolerant Network,容延迟网络)环境中各通信节点间的路由技术日益重要,相继出现了多种适用于DTN的路由技术.基于空间DTN的结构与特点,对CGR(Contact Graph Routing,接触图路由)算法以及基于编码的路由算法进行了分析比较,然后针对空间DTN中CGR算法的缺点和不足,研究提出了基于NC(Network Coding,网络编码)的空间DTN中的CGR改进算法(NC-CGR),并通过仿真实验平台对算法性能进行了分析评估.仿真结果表明,相比于CGR算法,NC-CGR算法在链路传输时延、传输包裹数目、中继缓存大小、链路丢包率等不同条件下的适应性方面均表现出较大优势,更适用于具有复杂拓扑、带宽受限、高动态特性的空间DTN环境.     

多状态空间信息网络拓扑生成优化算法

依据空间信息网络（SIN）高动态性的特点，并考虑卫星工作的多状态特性，兼顾星间通信时延和拓扑抗毁性的要求，研究了多状态下空间信息网络拓扑生成及动态优化的问题。根据卫星星座的周期性，建立了一种卫星网络的拓扑周期表。综合卫星的可视性和连接度等约束条件，以网络平均和最大时延作为通信性能的优化目标，建立拓扑的多目标优化模型。提出一种改进的多目标模拟退火（IMOSA）算法，求解全局时延最优的卫星拓扑，并在考虑多状态情况下对链路进行优化，以满足网络高动态性。最后基于具有66颗低轨（LEO）的铱星星座进行仿真，研究表明：针对多状态条件下的铱星星座，该算法最大化减小了通信时延，得到抗毁性良好的拓扑结构，通信性能较之原有静态拓扑明显得到改善。     

天基观测目标卫星光度特性分析

从辐射理论出发,推导出两种卫星基本漫反射表面(柱体和平板)的辐射照度计算公式;基于J2000.0地心赤道惯性坐标系,分析了天基观测时太阳、目标卫星和观测卫星的位置矢量坐标,并进一步求出了它们之间的角度和距离关系,通过仿真算出了一定观测时间内目标卫星的视星等。仿真计算表明,天基观测由于不受地球曲率影响,且观测几何拉开,太阳相位角、观测距离变化范围较大,因此目标卫星视星等变化范围较大。     

LEACH协议的改进与仿真研究

无线传感器网络由能量受限的节点组成,高效节能的路由算法是路由设计的关键问题。在LEACH算法的基础上,提出了一种新的分簇式路由策略,从簇头个数的确定、簇头选举方法对LEACH算法进行了改进,数据传输方式允许采用多跳方式与基站节点通信,仿真结果表明该算法具有降低网络能耗、延长网络生命周期的优点。     

高级中继卫星系统计划概述

本文简要介绍了天基网从目前的跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)结构发展成21世纪初的高级跟踪与数据中继卫星系统(ATDRSS)结构的情况。 TDRSS及其白沙地面终端(WSGT),是整个NASA局天基网的重要组成部分,在90年代将继续发展。这一发展的中心内容是建造第二个TDRSS地面终端站,改造老白沙地面终端以及90年代末必须投入运行的目前TDRSS的后续系统ATDRSS。 已提出了多种ATDRSS结构方案,并进行了一系列技术综合评审。评审结果,找出了未来ATDRSS基本结构的关键所在,并研究出几种向ATDRSS天基网过渡的初步方案。     

低轨卫星对高轨卫星仅测角初轨计算方法

针对我国地面测站对高轨卫星监视能力缺乏的问题,提出一种低轨卫星对高轨卫星仅测角初轨计算方法。该算法引入天基跟踪坐标系,消除测距信息影响,建立仅测角观测方程;引入法向运动,增加摄动因素影响,建立扩展拉普拉斯动力学模型;推导分析观测模型和动力学模型的关系方程,将初轨计算问题转换为非线性方程求解问题,利用高斯全主元消去法完成方程求解。通过实战和仿真测角数据对方法进行检验,结果表明,该方法能利用仅测角数据对非合作目标进行初轨确定,精度在公里量级,可为我国地基监视系统提供补充参考。     

一种基于最近相遇节点树的DTN多副本路由算法

在网络拓扑无法事先规划、节点运动有一定社区性、节点缓存能力与网络资源受限的DTN典型应用场景中,存在传统多副本路由算法无法完成的数据包多跳递交问题。针对这一问题与应用场景特点,在经典的Spray and Focus与Prophet算法基础上,提出了一种基于最近相遇节点树的DTN多副本路由算法,并使用基于NS-3的DTN仿真软件与4种经典多副本路由算法Epidemic、Spray and Wait、Spray and Focus、Prophet进行网络性能比较。仿真结果表明:最近相遇节点树机制改善了无法间接递交问题,且该路由算法在缓存平均占用量、递交率、网络有效开销比等网络性能指标上,相比4种经典DTN多副本路由算法均有明显提升。研究结果可对未来月表探测、地球社群网络等DTN典型场景的应用提供参考。     

基于天基光学观测的空间目标可见性分析

基于天基光学观测的空间目标可见性分析是天基空间监视系统中的关键问题之一。对基于天基光学观测的单颗监视卫星，本文综合考虑其几何可见性、光学可见性和设备可见性，建立了获取其实际可观测区域的数学模型，并给出了仿真计算结果。     

低轨微纳卫星全磁自主导航算法研究

针对低轨微纳卫星体积小、功耗低的设计约束,提出了基于低轨地磁的定轨/定姿全磁自主导航算法.该算法仅利用三轴磁强计测量值和卫星动力学方程建立Kalman滤波器,实现了低轨微纳卫星的全自主轨道确定和姿态测量,理论仿真结果表明,该全磁导航算法精度能够满足低轨微纳卫星的一般要求.利用高精度地磁模拟器搭建了微纳卫星全磁自主导航地面仿真验证系统,对算法进行了全物理仿真测试和实验误差分析,进一步验证了全磁自主导航算法的可行性,为低轨微纳卫星提供了一种低成本、高自主、高可靠性的导航方法.     

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%。     

基于大椭圆单星无源探测弹道导弹射向估计

天基预警系统是国家战略预警系统的重要组成部分,而单星探测预警是天基预警系统发展的必经历程和重要环节,传统方法多基于地球同步轨道卫星,对于高纬度地区估计精度很低。本文主要讨论单颗大椭圆预警卫星能否及早给出导弹射向估计的问题。通过建立弹道导弹飞行的动量模型,提出了基于单星观测视线对来袭导弹射向的估计算法,提高了单星观测情况下的预警精度。仿真计算结果表明,本文方法对于天基预警系统引导地基预警雷达具有较高的精度和很好的实用价值。     

一种新的基于位置信息的路由算法研究

 为航空移动Ad hoc网络(MANET)提出一种基于位置信息的路由算法，即位置网格路由（LBGR）算法，以此来解决节点高速移动引起的路径重建问题。算法中，数据包沿路由发现时得到的网格轨迹进行传输，每个收到数据包的中转节点根据它与相邻节点、目的节点的位置关系及网络轨迹下游的路由网格位置决定下一跳节点。由于利用了网格位置信息，LBGR算法在航空节点高速移动和拓扑变化无法事先预测的情况下，使用较少的开销就可获得稳定的路由。仿真结果表明，与GRID路由算法相比，LBGR算法在节点中高速移动时，能够有效地减少路由开销，提高网络吞吐量。     

适于低轨卫星IP网络的单核共享树组播算法(英文)

为了解决低轨卫星IP网络中现有典型源组播算法的信道资源浪费问题,本文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。DAC方法专为周期、规律运动的低轨卫星网络提出,不需要复杂的星上计算。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,从而使得组播树的树代价最小,大大提高了网络的带宽利用率和组播传输效率。w-CCST 算法中所提出的加权因子可以调整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来适度增大树代价、降低端到端传播时延以支持某些端到端时延要求苛刻的实时组播业务。最后,与低轨卫星 IP 网络中典型算法进行了性能比较,仿真结果说明,CCST 算法的平均树代价比其它算法显著降低,w-CCST 算法的平均端到端传播时延小于 CCST 算法。