卫星集群网络仿真建模与路由算法性能分析

卫星集群是一类基于星间协同工作的分布式卫星系统,具有空间结构灵活、数据共享、智能服务等特点。针对当前卫星集群网络仿真平台及其路由算法的研究的不足,基于网络仿真软件NS-3与卫星场景分析软件STK,设计了卫星集群生成模块,搭建了更准确、通用且可扩展的卫星集群网络仿真平台。通过同单一的STK卫星轨道数据对比,验证了仿真平台中卫星运动模块的有效性。对AODV(自组网按需距离矢量路由),DSDV(目标序列距离矢量路由)和OLSR(链路状态优化路由)算法应用在卫星集群网络中的性能进行了仿真。结果表明:OLSR算法在卫星集群网络中性能最优,其分簇和链路状态感知机制可为卫星集群网络路由算法的研究提供借鉴。     

用混合遗传算法求解QoS组播路由选择方法

随着大量新兴多媒体在高速网络中的应用,组播成为网络支持多媒体业务的关键技术之一。针对现有遗传算法在解决QoS组播路由问题中存在收敛速度慢与早熟的缺点,论文提出一种双种群的混合遗传算法——嫁接遗传算法,来求解多约束组播路由优化问题。算法通过引入嫁接种群以及设置了适当的遗传算子,在明显加快收敛速度的同时,还增强了避免早熟的能力。最后通过仿真实验证明该算法操作简单、搜索速度快、效率高且具有较强的实用性和鲁棒性。     

面向空间容迟容断网络的路由算法研究

将空间网络作为一种典型的容迟/容断网络(Delay/Disruption Tolerant Network,DTN),同时利用空间网络星座拓扑的规律性和可预见性,通过构造链路通断时间图,快速建立虚拟拓扑路由表;针对路由过程中可能出现的链路中断问题,设计了拥塞控制机制、正常中断机制和链路失效机制来提高路由效率;在The ONE网络仿真平台中对提出的时间图路由算法(Time-GraphRouter)进行了仿真,并与传染路由(EpidemicRouter)、转发等待路由(SprayAndWaitRout-er)、预测路由(ProphetRouter)三种路由机制进行了对比。仿真结果表明,文章提出的路由算法的平均投递率达到了0.98以上,综合性能优于其他三种路由算法。     

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。     

基于局部洪泛优化的低轨星座分布式路由算法

针对传统分布式路由算法应用于大型低轨星座时拥塞控制能力有限的问题,提出了基于局部洪泛优化的分布式路由算法。该算法通过局部洪泛的机制收集星间链路的拥塞信息,以应对局部通信需求密集所导致的常见拥塞现象;通过局部路径优化,以较低运行开销实现了流量疏导和网络负载均衡。并且该算法可适用于多层低轨卫星网络结构,不会产生路由环路,对卫星随机故障具有宽适应性。仿真实验表明:该算法在通信需求分布不均的高网络负载情况下能降低2%~10%的丢包率,并对网络随机故障具有鲁棒的表现。     

基于无线传感网络的能量有效路由算法的研究

针对无线传感网络节点不能够更换电池的一次性供电问题,延长整个无线传感网络的生命周期,本文提出了基于无线传感网络的能量有效路由算法,即基于部分能量水平的能量有效路由算法。它是将最小能量有效路由算法和能量均衡的路由算法有机的结合在一起,既能够延长网络的生命周期,又能够保证每个网络节点正常运行,对延长无线传感网络生存时间提供了很大的作用。     

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。
     

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。     

基于NS-3的无人机自组网跨层能源优化路由陈不了

无人机Ad hoc网络是一种拓扑变化频繁的特殊能量受限网络，为平衡网络中各节点的通信能耗，降低传输总能耗，从网络分层优化的角度入手，提出了一种综合考量物理层能源消耗率与网络层跳数最小化的预期寿命路由度量，保证跳数较少的前提下，分组沿预期寿命较大的路径传输，并给出了改进路由算法在NS-3中的具体实现。仿真结果显示，引入新度量后，网络的总能耗相比经典协议降低了12%，各节点剩余能量分布方差降低了17%，较长仿真时间内节点存活率提升了18%。结果表明改进协议均衡了无人机网络中各节点的能耗分布，降低了网络的总能耗，在一定程度上降低了节点死亡率，延长了网络寿命。     

基于深度网络的太赫兹波束预判方法研究

针对太赫兹波波束较窄引起的伺服天线被动跟踪无法达到空间太赫兹通信链路性能要求的问题,提出了一种基于优化深度网络的太赫兹波束预判方法。首先通过分析方位、俯仰角误差大小随运行周期、外推初始时刻的变化,得到高轨对低轨卫星指向误差呈周期性发散的特征;然后采用粒子群算法优化长短时记忆网络参数,对未来时刻指向误差进行预测并修正,针对粒子群算法易陷入局部最优、全局搜索能力较差的问题,通过动态调整粒子群算法的惯性权重,以达到优化长短时记忆网络的目的。仿真结果表明：基于改进后粒子群算法优化的长短时记忆网络能够有效预测未来时刻指向误差,在同一链路场景中相比未改进网络平均绝对百分比误差降低13.08%。     

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。     

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。     

航天发射场地面测试流程的优化（二）

继参考文献[1]之后，论述了基于网络模型的航天发射场地面测试流程的优化方向之二：测试时间一测试费用的优化。文章详细介绍了测试时间一测试费用优化的两个基本内容：测试时间固定总测试费用最低问题、算法及结论和总费用最低的最优工期问题、算法及结论。在结束语中对待要进行的研究作了简要说明。     

基于星间链路状态的低轨卫星网络路由算法

低轨卫星通信网络可以提供全球覆盖的低延迟服务,但是低轨卫星网络拓扑的频繁变化给路由设计带来了挑战.针对低轨卫星通信网络拓扑快速变化的问题,提出一种基于星间链路状态的路由算法,在卫星的实际坐标和相对位置关系的基础上,建立了逻辑拓扑结构,并计算路由跳数、传输方向和优先级,进而确定路由路径.针对链路故障问题,实时检测链路状态...     

移动自组织网络一种自适应gossip机制的路由算法

洪泛机制广泛用于移动自组织网络的路由发现中,由于其转发了较多的冗余路由控制分组,导致路由开销较大。为此,提出一种新的自适应闲聊路由发现机制,并应用于移动Ad hoc网络动态源路由协议中。该机制考虑到网络负载和结构对路由效率的影响,综合节点负载状况、两跳邻居节点信息和路径跳数三个因素来动态确定路由请求的转发概率,在保证路由请求一定送达率的条件下减少冗余分组转发,减小排队延迟。仿真结果表明,该算法应用于移动Ad hoc网络中,路由请求分组能够在维持接近洪泛一样高的广播覆盖率的同时有效减少路由开销,具有较小的平均端到端延迟。     

一种改进的微分进化算法及其在多目标访问任务中的应用

研究在给定时空约束下利用单平台机动实现地面多目标重访任务问题的建模与求解。首先在问题描述和建模过程中考虑多约束与性能指标要求,大大缩减优化算法的参数搜索空间,提高求解效率;然后针对传统微分进化算法的不足,提出一种改进的微分进化算法,并将其应用于求解多约束多目标重访优化问题。改进的微分进化算法通过引入双重自适应因子和独立变异体,提高了算法的优化效率并使其在陷入局部最优后仍具有一定的跳出局部最优的能力。仿真中改进的算法在打靶仿真均值,最优结果和均方差方面都远优于传统算法,验证了本文设计的建模方法和改进优化算法的正确性和有效性。     

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.     

空间信息系统单层路由算法

研究了多约束条件下空间信息系统持续时间最长的单层路由算法.通过拉格朗日松弛获得多约束路由的最优解边界,缩小路由算法搜索路径的解集,用Dijkstra算法计算源节点至目的节点的多约束路径.给出了算法步骤.仿真结果表明:该算法的时延和切换性能优于线性规划路由算法(RALF).     

延迟中断容忍网络路由技术综述

延迟中断容忍网络(DTN)是针对极端环境下无稳定端到端连接应用场景的一种网络架构。首先分析DTN逐跳传输、能力受限、场景复杂等主要网络特性。然后对比分析了转发、复制、效用、社会、编码五种路由要素,及其代表性DTN路由算法的性能。最后对典型路由算法进行性能对比,并指出如何对DTN路由算法进行评估和选择。通过技术综述为DTN路由算法研究提供参考。     

基于混合遗传算法的多冲量最优变轨

针对航天器多冲量最优变轨问题,建立了多冲量最优变轨的数值优化模型,给出了一种遗传算法(GA)与序列二次规划算法(SQP)结合的混合优化算法.该算法不需初值猜测,全局和局部搜索能力强并且计算效率高.仿真计算了燃料最优交会和时间最短拦截问题,比较了GA,SQP以及混合遗传算法的性能.针对混合遗传算法得到的不同冲量次数变轨的优化结果,分析了冲量次数对变轨性能指标的影响.结果表明混合遗传算法综合性能最高,冲量次数对不同性能指标的影响不同.仿真算例验证了模型和算法的有效性.