一种基于层簇式的卫星网络组密钥管理方案

针对卫星网络中组密钥管理过程面临的诸多挑战,提出一种基于层簇式的卫星网络组密钥管理方案LCGKM。结合卫星网络的多层次结构特点,建立了层簇式组密钥协商网络模型,将高轨道卫星作为组密钥协商发起节点,组成员通过三叉密钥树自主计算出组密钥,有效地减少了组密钥协商过程中的通信开销,增强了方案的灵活性、可扩展性。另外,在组密钥协商过程中,利用双线性对和身份认证技术,确保组成员能够对接受的组密钥信息进行验证,进一步增强了方案的安全性。性能分析表明：方案在满足更高安全需求的基础上,具备通信效率高、计算量小等优点,适用于具有大规模组播需求的卫星网络。     

空间信息网络的组密钥管理

空间信息网络存在不同的通信方式，网络拓扑结构动态多变，对组播密钥管理提出了特殊的要求。介绍了空间信息网络的通信方式和安全需求，比较了几种常用的组密钥管理方法的特点，结合空间信息网络的特点，给出其组密钥管理模型和组成员的身份鉴别协议，对组密钥的传播、更新和查找方式进行了描述。     

低轨卫星网络组播算法

为解决低轨卫星IP网络中现有典型源组播算法的信道资源浪费,提出了一种核心群合并共享树(CCST)的低树代价组播算法.用动态近似中心(DAC)选核方法和核心群合并组播路径构建方法:DAC方法基于逻辑位置形成虚拟静态且结构规则的网络拓扑选择核节点;核心群合并方法以核节点为初始核心群,通过核心群和剩余组成员的最短路径方法逐步扩展至整棵组播树构建完成,可使组播树的树代价最小,大幅提高网络的传输带宽利用率和组播传输效率.仿真结果表明:与低轨卫星IP网络的其他典型算法相比,CCST算法的树代价性能明显改善,但端至端传播时延略高.     

宽带低轨卫星网高效组播中的部分网络编码算法

通过引入逻辑位置的概念,将宽带低轨卫星通信网的动态网络拓扑等效为多个静态拓扑的循环更替。针对静态网络的高效组播,提出部分网络编码算法。该算法只在有编码增益的节点处进行网络编码,其它节点直接路由转发。从等效的多个静态网络拓扑中提取连接关系不变的恒定网络拓扑,提出在恒定网络拓扑中采用部分网络编码实施组播。该方法能克服拓扑变化引起的路由和编码方案频繁变换问题,对应的吞吐量约为组播树路由的2倍,且优于多径路由,组播目的节点数越多,优势越明显。算法对于链路的失效具有较好的健壮性。研究成果对提高宽带低轨卫星通信网的组播吞吐量和健壮性具有一定的理论意义和实用价值。     

适于LEO卫星IP网络的源组播算法

为了解决LEO卫星IP网络中现有源组播算法的信道资源浪费问题，提出了一套新的组播算法。即基于核心群的特定源组播（CSSM）算法和加权的CSSM（ω-CSSM）算法。CSSM算法以源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，这样所得的树代价最小，从而大大提高了网络的传输带宽利用率和有效传输容量。在ω-CSSM算法中，所提出的加权因子可以调整组播树的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柬适度增大树代价、降低端到端传播时延，从而支持某些有严格端到端时延要求的实时组播业务。通过与LEO卫星IP网络中典型源组播算法MRA的仿真比较，可以看出CSSM和ω-CSSM算法的树代价性能比MRA有显著改善，而端到端传播时延略高。     

LEO/MEO双层空间信息网中基于身份的群组密钥管理方案

由于空间信息网中结点的移动性,在空间信息网中实现传统的群组密钥管理面临许多困难.根据空间信息网的特点,分析了空间信息网中群组密钥管理方案的需求,设计了一个适用于LEO/MEO双层空间信息网络的群组密钥管理方案,采用基于身份的思想,消除了对证书系统的依赖,能在空间信息网中灵活高效地实现.将空间信息网中的结点根据其逻辑位置划分为簇,其中簇头为MEO卫星,在密钥交换阶段中共享密钥仅由所有簇头结点决定,这种机制大大减少了通信量.方案能有效抵抗外部攻击者,并且具有前向保密性和后向保密性.仿真实验表明,方案具有很高的通信效率.     

卫星测试局域网信息发布的组播形式

在卫星测试地面网络中采用 IP 组播的形式实现测试信息的发布,可以提高网络传输效率,节省网络资源。该文分析了 IP 组播(Multicast)的优点,介绍了 IP 组播的特点及传递模型、网络层支持的组播协议等。还分析了接收端工程实现的难点,提出了解决方法,给出了实现 IP 组播的发送端和接收端程序设计步骤。     

应用CCSDS空间数据链路安全协议的卫星遥控安全方案探讨

针对国内卫星遥控体制国际化的需求,结合已有的空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控协议体系架构,设计了应用CCSDS空间数据链路安全协议(SDLS)的遥控安全方案。该方案选用认证和加密认证2种业务,并针对不同的遥控安全业务,分别设计了定制遥控帧格式、安全关联、算法管理及密钥管理业务。以目标机为核心搭建验证系统,通过2个典型应用场景验证遥控安全方案的可行性,结果表明:该方案可提高遥控安全系统的灵活性、可扩展性,并且能够有效保护密钥强度,延长密钥生命周期。遥控安全方案的设计及其在遥控单元中的实现,可为我国卫星遥控体制与国际接轨提供参考。     

航天测控通信IP网中可控组播的实现

航天测控通信IP网中部分业务以组播方式传输,由于IP组播标准协议缺乏控制和管理方面的机制,带来了用户和业务管理等方面的问题。根据航天测控通信IP网络环境选择相应的组播协议,并对组播源、组播接收者、任意源组播RP、组播流四个方面配置相应的策略,实现了组播业务的可控传输。     

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。     

基于网络效用的OFDM卫星移动通信系统呼叫接纳控制

在天地一体化网络中,OFDM卫星移动通信系统更有利于与地面无线网络融合。呼叫接纳控制是无线资源管理中的关键问题,本文针对OFDM卫星移动通信系统提出了一种基于网络效用和动态系统资源的星上呼叫接纳控制方法,采用集中式接纳控制,对卫星系统资源的集中管理可有效降低呼叫等待时延。所提出的接纳控制方法基于不同业务的网络效用函数,采用跨层设计思想,根据物理层卫星信道状态变化更新OFDM子载波传输能力,在呼叫接纳控制过程中动态调整分配业务带宽,实现整个网络效用最大化,同时保证业务的QoS要求。仿真结果表明,在系统业务负载饱和的情况下,该方法系统资源利用效率显著优于基于用户端最小阻塞概率的接纳控制方法和基于用户端业务QoS的接纳控制方法,非常适合于资源受限的卫星系统。     

基于直方图修改的卫星遥感图像无损隐藏传输

针对星上低速率数据的传输问题,提出了一种基于直方图修改技术的卫星遥感图像无损隐藏传输方法。该方法通过对星上高速率遥感图像相邻像素差的直方图进行修改,将低速率数据嵌入到原始高速率遥感载体图像中,并利用卫星高速数传系统进行下传。地面接收端可以从载体图像中正确提取低速率数据,并无损恢复原始高速率遥感图像数据。该方法在不增加卫星数传系统复杂度和信息传输速率的前提下,提高了卫星数传系统的利用率,增强了数据传输的隐蔽性。实验结果表明,本文算法在保证良好的不可见性的情况下,获得了较高的纯载荷嵌入容量。与其它无损嵌入方法相比,在峰值信噪比和纯载荷嵌入容量方面都有很大的优势。     

基于分离策略的航天器多故障模式诊断方法

针对定性模型诊断方法在处理多故障模式复杂系统时计算量大,不能满足航天器自主诊断实时性要求的问题,提出了新的诊断方法。为了减小冲突识别的实时计算规模,引入冲突识别的分离策略,提出了解析冗余计算方法。扩展了候选产生算法,先识别可能的异常部件,再通过冲突环境对异常部件的故障类型进行确定,在实现多故障模式系统故障诊断的同时,缩小了匹配空间。以某卫星一次电源系统为例,通过与现有算法进行对比,验证了本文的方法能够有效地减小诊断的规模,提高诊断效率,满足航天器自主诊断的需求。     

链路状态感知的低轨卫星网络路由机制

低轨卫星的空间组网能够突破地形限制,实现全天候、高带宽、低时延、广覆盖的数据通信,弥补地面通信系统的不足,使通信服务全球化成为可能。但是,卫星节点的快速移动和能量受限使得空间链路面临高动态、不可靠、间歇性等问题。同时接入用户的分布不均容易导致卫星网络出现重载节点和局部拥塞的情况,这对空间组网和数据传输提出了新的挑战。传统的静态卫星组网模式可靠性差,可伸缩性低,难以适应空间动态组网的需求。针对低轨卫星网络拓扑变化快的特点,提出链路状态感知的路由机制,在降低卫星能耗的同时减轻网络的局部拥塞,使用树莓派搭建半实物仿真平台,并在该平台上进行实验,验证了该机制的有效性。     

国外空间大型网状天线在轨展开故障与对策

空间大型网状天线在轨可靠展开是确保航天任务取得成功的关键。对国外自1974—2011年间发射的部分科学、商业和军用航天器携带的大型网状天线在轨展开故障情况进行了统计,介绍了各天线展开故障的机理,并对天线展开故障应急处理方法和设计改进措施进行了总结。根据空间大型天线展开的特点,提出了加强天线抗冲击能力、充分开展天线机构实验验证和展开故障应急处理预案研究等建议。     

卫星姿轨控系统故障推演系统设计架构

研究了目前的卫星姿态轨道控制系统,针对其故障预测、诊断及对策提出了一套故障推演系统设计方案.该方案由故障动态注入系统、动态模拟系统、数据归档显示处理系统组成,完成了对在轨卫星的电性接口一致性仿真,通过计算仿真遥测数据与真实遥测数据的相关量获得异常指标,得出可能出现的故障模式;通过软故障、硬故障和真实部件故障注入方式复现...     

航天器动力学环境试验故障诊断专家系统

文章概述了对卫星及星上组件进行振动环境试验现有的故障诊断方法,并阐述了建立经济、有效的航天器故障诊断专家系统的重要性。提出了航天器故障诊断专家系统的研究方案,并通过对卫星结构模型的应用,验证了将小波系数作为故障诊断特征向量的可行性。利用此系统可在航天器研发过程中提高航天器结构的可靠性,缩减用于排查故障的时间与财力,缩短卫星研制周期。     

卫星动平台下动态门控调度的设计与实现

当运动节点构成的大规模动态平台执行分布式协作任务时,如何保证关键数据通信的实时性和确定性,这是一项新的挑战。文章以时间敏感网络（time sensitive networking,TSN）技术为背景,结合卫星构成的分布式动态通信平台上的链路特性,基于TSN中的门控调度技术,提出了一种适用于卫星链路场景下的动态调度算法。通过改进TAS（time aware shaper）调度算法,减少卫星动平台因通信距离动态变化以及空间摄动等因素造成的传输时延,从而增加动平台上卫星通信系统的确定性。同时根据动态卫星链路周期性运动特征,提出周期性门控调度机制,保证所有周期内相同时间点的门控调度一致。最后通过现场可编程门阵列（FPGA）设计的验证测试结果表明,提出的TAS改进方案可以适用于卫星网络的确定性调度,充分发挥时间敏感网络的优势。