星基ADS-B系统及关键技术发展综述

广播式自动相关监视(ADS-B)系统是国际民航组织在空管全球化的背景下提出的新一代监视技术。相较陆基系统,星基ADS-B系统能够实现全球空域覆盖,可增强现有空管系统能力,促进国家低空空域开放与通航产业发展。概述了星基ADS-B的由来、概念及运行原理;介绍了星基ADS-B系统国内外发展概况与发展历程;针对微弱信号解调、多波束接收、解交织、防欺骗、星座设计、路由转发算法及监视性能评估等星基ADS-B关键技术梳理了国内外相关研究现状,介绍了北京航空航天大学联合团队在星基ADS-B上的研究工作与发射试验星情况;结合未来星基空管技术发展与应用需求对星基ADS-B系统发展趋势进行总结与展望。      

基于SDN架构的空间信息网络路由策略设计

空间信息网络具有通信环境复杂、节点动态性强、星上处理能力有限和业务种类繁多等特点,导致传输时延大和丢包率高等问题。为此,文章提出一种基于软件定义网络(SDN)架构的空间信息网络路由策略设计。在SDN架构下,控制平面记录某一时刻整个卫星网络的链路状态,获取"源-宿"卫星节点间的路由集,并计算各类业务路由的时延、带宽和丢包率所占的权重,求三者加权和作为路由代价,之后采用改进的遗传算法求得路由代价最小的解,作为业务数据流转发的路由。通过仿真与SDN架构下的数据流退让路由(DFRR)策略和基于变形虫的波纹传播(AR)策略进行对比,结果表明:文章提出的路由策略时延平均降低4.3%,丢包率平均减少14.6%,可有效地保证空间信息网络的高效运行。     

混合SDN的多目标路由优化算法

为充分利用SDN(Software Defined Network,软件定义网络)节点的优势来优化网络性能,混合SDN的流量工程成为当前的研究热点,而路由优化是实现流量工程目标的重要策略之一.但是,当前混合SDN的流量工程中未考虑网络整体的负载均衡以及SDN节点的处理能力.针对上述问题,提出了一种多目标路由优化算法——MCS(Minimum Cost Sum,最小化代价和),综合考虑整个网络的传输延迟与链路利用率,同时保证SDN节点的处理能力满足实际约束,最终实现全网综合性能的最优化.实验结果表明,当网络整体负载较轻,MCS与现有的SOTE(SDN/OSPF Traffic Engineering,软件定义网络/开放最短路径优先流量工程)算法性能相近;而当网络负载加重时,MCS相比于SOTE,可将网络负载降低约9％,因此,MCS算法具有更高的优化能力.     

一种用于移动Ad Hoc网络的拥塞适应路由协议

提出局部拥塞表概念,利用旁路、局部拥塞表和hello消息机制,对动态源路由(Dynamic source routingprotocol,DSR)协议进行改进,提出了拥塞适应动态源路由(Congestion adaptive dynamic source routing,CA-DSR)协议。在CA-DSR协议中,主节点利用局部拥塞表,能在第一时间感知到网络拥塞,当拥塞发生时,拥塞节点的上一节点能建立绕过拥塞节点的旁路,当数据流到达已建立旁路的节点时,被按比例分流在主路由和旁路上,实现了路由拥塞适应功能。协议利用hello消息对局部拥塞表进行有效维护。与DSR相比,CA-DSR协议中平均端到端延迟更短、数据包递交率更高、规格化路由开销更少。仿真结果已证明了CA-DSR协议的优点。     

满足网络测控的小卫星星座组网与路由方法研究

给出一种不依赖于中高轨道卫星作中继而只依赖星座自身星际链路实现卫星组网的方法,以满足通过星座自身完成网络测控;使用STK进行了星座设计,使用OPNET进行了星座与地面测控站的仿真建模;给出满足网络测控路由算法;并通过仿真实验验证了组网方法和路由算法,能够满足小卫星星座网络测控功能.     

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.     

基于最小PDOP准则的星间链路拓扑方案

星间链路是卫星导航系统实现自主运行的一项关键技术.研究了一种 Walker(24/3/2) 星座,通过对卫星间可见性以及星间链路相关约束条件的分析,计算并确定了同轨卫星的A,B类排列方案,探索了建立位置精度因子(PDOP,Position Dilution Of Precision)值最小,即测距精度最高的星间链路拓扑结构的方法,并在此基础上利用Dijkstra算法计算出卫星之间以及卫星与地面站之间的最优路径.通过对星间数据传输时间延迟和星座网络卫星节点数据流量的统计,表明这种链路生成方案切实可行,能够满足预先设定的技术指标要求.同时对最短路径、最小跳数和网络流量均衡3种不同的计算策略进行了仿真,验证了这3种策略所造成的结果差异.      

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。     

基于多令牌协议航电WDM光环网波长分配方法

 针对航空电子光网络的实时性问题,建立了航空电子波分复用(WDM)环网模型,以实时消息流矩阵作为网络的输入,依据静态光网络最小化波长数目的优化目标,提出了一种基于多令牌协议的光网络波长分配方法,并推导了航电光网络中光通道的端到端传输时延计算公式。通过对理论计算和仿真结果的分析,此协议下的波长分配方法在网络中可以实现波长重用,比传统环网的波长数目平均降低了58.1%,优化了波长数目,并且多令牌控制协议满足航空电子网络对消息实时性的要求。此方法对于航空电子光网络的设计与性能分析具有参考价值。     

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。