一种新的基于跨层优化的Ka频段卫星MPLS网络快速重路由策略

卫星多协议标签交换(MPLS)组网技术为下一代卫星网的关键技术。通过定义星地无线链路的失效事件,分析Ka频段高轨卫星网络(GEO)星地链路失效间的相关性,提出了一种新的基于跨层优化的卫星MPLS网络快速重路由备份链路选路策略;且针对星地链路失效的物理层特性,进一步提出了一种新的基于对源端优先采用的失效欺骗策略。仿真结果显示：提出的快速重路由备份链路选路策略,可以有效减少受保护链路失效期间由于备份链路同时失效而导致业务中断的概率,提高了快速重路由成功率;通过对源端优先采用失效欺骗,可有效减小由源端发起新建全路径重路由的概率,节省了卫星网络的资源消耗和信令开销,提高了链路失效期间卫星网络的性能.     

卫星MPLS网络中存在标签差错时TCP的吞吐量分析

卫星多协议标签交换(Multiprotocol label switching,MPLS)技术成为当前卫星通信系统研究的一个重要课题。本文分析了卫星通信链路高误码所导致的MPLS标签差错对标签交换路径(Label Switching Path,LSP)承载TCP/IP业务能力的影响。建立了卫星交换系统内"误插入"分组产生过程的数学模型,计算了受干扰LSP上TCPReno会话所能获得的吞吐量。仿真结果表明,本文提出的分析方法能够准确地衡量卫星MPMS网络中TCP业务性能的损失。     

SCPS-TP协议用于LEO卫星网的性能分析与改进

SCPS-TP是空间通信传输协议,可用于卫星网络。为分析SCPS-TP在LEO卫星网中的性能和选择合适的拥塞避免机制,进行原理分析和仿真实验。在LEO卫星网中的典型时延和误比特率条件下,SCPS-TP协议采用Ve-gas机制比Van Jacobson机制能达到更好的性能。但LEO卫星网中存在的切换和路径改变情况会严重降低Vegas机制的性能。对此提出一种利用SCPS-NP包头信息感知路径变化和更新时延基准的改进方法,具有较好的可实现性。仿真结果表明,此举能明显提高SCPS-TP协议在LEO卫星网路径改变时的性能。     

卫星MPLS网络中一种标签检验方案

卫星通信系统不可避免会出现误码,误码会导致MPLS标签发生差错。由于目前MPLS协议没有标签检验,标签差错将造成分组错误地插入其他路径,并最终影响其业务承载性能。研究了分组“误插入”和IP数据包丢失之间的关系,建立了MPLS标签交换系统中分组“误插入”事件产生的数学模型,并提出了一种基于单奇偶校验的标签检验方案。对标签检验加入前后LSP承载TCP／IP业务的性能进行了仿真,结果表明本文提出的检验方案能够显著改善卫星MPLS系统的性能。     

AOS(高级在轨系统)协议跟踪研

以CCSDS 732.0-B-3为基础介绍AOS协议数据单元、提供的业务、实现过程和管理参数等内容,描述AOS协议在选用SDLS(空间数据链路安全)协议时的AOS传输帧结构、业务、协议实现过程中与SDLS协议的接口实现及特点以及新增管理参数。     

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。     

低轨星座卫星通信系统的路由算法研究

低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星星座系统能保证全球范围内任何两个用户之间的实时通信,成为卫星通信研究的热点。由于LEO卫星相对地面高速运行,星座的拓扑结构快速动态变化,路由问题一直是LEO卫星网络重点解决的难题之一。文章基于准全球星星座系统,分析了LEO卫星网络的拓扑结构特点,重点研究了路由算法。文章采用首选最短路径和次选最短路径的路由算法,对准全球星星座和Courier系统的星间链路性能通过分析和仿真加以比较。     

双层卫星网络中MEO与LEO卫星连接度分析

分析了在星座结构参数确定的条件下，中轨道／低轨道(MEO／LEO)双层卫星网络弱连接模型中层间连接度参数的选取。给出了连接度的理论分析和仿真结果，证明了在MEO／LEO双层卫星网络中，MEO卫星不应与其视距范围内的所有LEO卫星建立星间链路连接，而须根据MEO和LEO卫星间仰角等参数作出合理选择。     

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。     

LEO卫星网络中无缝切换管理技术研究

针对低地球轨道(LEO)卫星网络中采用移动IPv6(MIPv6)协议带来切换延时长,丢包率高的缺点,本文提出了一种基于MIPv6协议的简单卫星代理本地转发策略。通过解除MIPv6协议中切换过程与位置注册消息交换过程的耦合关系,显著降低了切换延时和切换丢包率。仿真结果表明,新策略与MIPv6协议相比,丢包率降低达75%以上。     

低轨卫星通信系统地面核心网设计与仿真

文章针对无星际链路的低轨卫星通信系统，利用OPNET软件设计了低轨卫星通信系统在透明转发模式下的核心网构成，并进行了性能仿真。首先介绍核心网的构成、功能和拓扑，在此基础上实现了呼叫处理和切换的仿真，统计了呼叫时延、切换时延等性能指标，分析了仿真结果，为低轨道卫星通信系统的设计奠定了一定的参考价值。     

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。     

一种基于粒子群优化的卫星仅测频被动定轨新算法

提出一种新的卫星对卫星仅测频被动定轨算法,采用粒子群优化算法(PSO)解决多维全局优化问题。首先,建立了卫星对卫星仅测频被动定轨的数学模型;其次,基于粒子群优化算法提出了对目标卫星轨道根数的估计方法;再次,推导了参数估计误差的克拉-美劳(CRLB)下限。最后通过计算机仿真对算法的性能进行了验证。多次仿真结果表明:该算法的参数估计误差接近克拉-美劳下限,且算法的运算量明显优于网格搜索法。     

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。     

多层卫星网络的星间链路分析与路由协议

根据多层卫星星座网络的链路长度与可见性模型,建立了多层卫星网络的数学模型,并据此提出了一种适于多层卫星网络应用的层次路由协议。新协议主要包括拓扑测算、路由计算和路由转发。仿真计算结果表明,该协议的计算速度快、拓扑更新的通信开销小、链路利用率高,其性能优于Bellman和多层卫星网络路由(ML-SR)算法。     

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〗     

基于移动式网络的LEO卫星星座通信网络研究

为飞机等交通工具内的用户提供基于卫星的不间断IP连接，并在卫星星座网络内实现IP路由选择功能，是未来LEO卫星星座通信网络需要解决的关键问题。提出了基于移动式网络技术的LEO卫星星座通信网络体系结构，实现了卫星星座通信网络中的IP路由选择功能，并降低了对地面网路的依赖，实现了对用户段网络随时随地的连接支持。在对卫星星座通信网络中的星地切换模式进行分析的基础上，提出了一种基于虚拟移动路由器的快速星地切换和认证方法。通过NS2仿真试验，给出了新型LEO卫星星座通信网络的传输延迟特性以及快速切换方法的仿真试验结果。仿真试验表明，提出的网络结构是满足未来卫星星座发展需求的，星地间的切换是低时延的。     

卫星星座网络的信息安全

随着卫星星座系统的应用,星座网络的信息安全成为星座系统的一个热门研究课题。在分析星座网络信息安全需求的基础上,比较分析了星座网络的安全协议,提出一种适合卫星节点存储资源、计算能力限制以及卫星通信特点的密钥管理策略。     

High performance satellite networks

The high performance satellite communications networks of the future will have to be interoperable with terrestrial fiber cables. These satellite networks will evolve from narrowband analogue formats to broadband digital transmission schemes, with protocols, algorithms and transmission architectures that will segment the data into uniform cells and frames, and then transmit these data via larger and more efficient synchronous optional (SONET) and asynchronous transfer mode (ATM) networks that are being developed for the information “superhighway”. These high performance satellite communications and information networks are required for modern applications, such as electronic commerce, digital libraries, medical imaging, distance learning, and the distribution of science data.

In order for satellites to participate in these information superhighway networks, it is essential that they demonstrate their ability to: (1) operate seamlessly with heterogeneous architectures and applications, (2) carry data at SONET rates with the same quality of service as optical fibers, (3) qualify transmission delay as a parameter not a problem, and (4) show that satellites have several performance and economic advantages over fiber cable networks.