一种网络化卫星测控系统多址接入算法研究

大规模低轨卫星星座的出现,对地面测控系统提出了更高的要求,这使得网络化测控技术成为了各国研究的重点技术。本文针对低轨卫星网络化测控系统的接入问题进行了研究。首先,概述了传统低轨卫星星座发展历程及多址接入技术需求背景;然后,在分析传统CSMA(Carrier Sense Multiple Access,载波侦听多路访问)与TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址)接入技术性能的基础上,提出了一种自适应接入方案,使得网络化测控系统在负载量较高或较低时都具有良好的网络性能。本文通过仿真验证了自适应接入技术在系统时延、吞吐量以及信道利用率上的优越性。     

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。     

一种适用于地球空间传感器网络的TCP Vegas模型

针对地球空间传感器网络中由正反向链路带宽不对称引起的正向链路吞吐量下降问题,提出一种基于时延且能够维持反向链路确认频率的拥塞控制模型。该模型基于反向链路中确认分组的排队时延,在反向链路发生拥塞时,降低确认分组的发送频率,以缓解反向链路的拥塞程度;而在反向链路没有发生拥塞时,加快确认分组的发送频率,以提高正向链路中数据分组的吞吐量。同时,该模型将确认分组的延迟发送时间追加到最小往返时延中,提高了最小往返时延的准确程度,从而提升模型的正向链路拥塞控制效果。仿真试验结果表明,该模型可以有效地解决由于反向链路拥塞所造成的正向链路吞吐量低的问题。     

空海自组网随机接入仿真研究

针对无人机在远海远域协同任务过程中的空海信息协同共享需求,提出了一种基于优先级传输的动态随机接入协议。首先,通过设计高效集群组网信令保证集群测控通信自组网的遥测、遥控信息的稳定传输;然后,结合改进的TDMA （时分多址）组网时隙结构实现节点快速入网与动态时隙分配协议;最后,通过OPNET （网络仿真技术软件包）分析所设计的集群空海自组网系统的随机接入低时延、业务传输高吞吐量和端到端传输低时延性能。结果表明：该组网信令下建网时间只需要2～3个飞控周期,在32节点场景下节点完成随机Aloha入网时延平均不到0.6 s,改进的TDMA协议在端到端时延比传统TDMA协议降低1/3。     

一种适用于卫星网络的跳到跳的传输协议

卫星网络大时延、高误码等特点,使得TCP协议无法在卫星上提供高效的传输控制服务。不同于TCP端到端的传输方式,采用跳到跳确认思想提出了一种适合卫星网络的传输协议。协议在跳到跳的基础上采用了ACK与SNACK结合的确认机制,保证了端到端传输的可靠性。同时采用了基于负载因子的拥塞控制算法,有效地提高了链路利用率,特别适合于卫星网络长延迟的环境,吞吐量接近最优。     

移动自组网MAC协议组网和业务调度算法研究

为满足无中心的移动自组网对多变网络拓扑、实时通信和网络规模可扩展的需求,提出一种网络建立时间短、时延短和信道利用率高的MAC协议策略。通过网络分簇组网算法建立健壮高效的组网模型,利用时隙动态复用算法实现基于竞争的TDMA接入协议,从而提高信道利用率和网络吞吐量。在NS2中对单簇20个节点作性能仿真,分析多种队形的网络拓扑以及端到端时延,并对固定TDMA和基于竞争的TDMA接入方式做了对比实验。仿真结果显示,各种拓扑结构的网络建立时间都很短,基于竞争的TDMA接入方式相比固定TDMA可获得更高的网络吞吐量和更短的端到端时延。     

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。     

SCPS-TP在卫星链路上的性能测试及改进策略

给出了在实际卫星链路环境中分别使用空间通信协议标准-传输协议（Space Com-munication Protocol Standard-Transport Protocol,SCPS-TP）、TCP Hybla协议和性能增强代理网关技术（PEPsal）的链路传输速率,并对结果进行了分析和比较,表明SCPS-TP协议在高丢包率、长传输时延的卫星链路中性能最优越;提出了一种基于SCPS-TP协议的空间网络传输层加速方法改进思路,通过增加新的更具针对性的改进型拥塞控制策略,克服其原有的保守型窗口增长模式的缺点以提高链路平均吞吐量。     

星-地混合通信网络前向链路安全传输方案研究

针对星-地混合通信网络前向链路在部分非理想信道状态信息(CSI)及非理想CSI下卫星窃听链路的安全问题,提出一种将地面基站信号作为协同干扰的安全传输方案。优化目标为地面基站节点传输速率最大,确保卫星合法节点接收信号质量,同时利用地面基站发送信号阻塞卫星潜在窃听节点对卫星信号的侦听。通过半定松弛原理将其转化为可解的凸优化问题,分别设计分层迭代、高斯随机化和二分搜索算法对问题进行优化求解。仿真校验结果表明,所提方案能够降低网络对CSI误差的敏感性,提高网络的可靠性和保密性。     

遥感卫星OFDM高速数据传输系统

研究和设计了一种用于遥感卫星高速数据传输的传输系统方案。该系统采用具有高带宽利用率和良好抗多径衰落性能的正交频分复用(OFDM)技术。文中着重分析和设计了在大多普勒频移以及Rician衰落条件下的卫星信道编码调制参数、频率和时钟捕获与跟踪算法、信道估计、克服星上非线性放大器的影响等关键问题，以实现星地之间的高速宽带传输。最后还介绍了有关发送和接收机的实现结构。     

基于蚂蚁算法的星上ATM交换结构

对于卫星ATM交换系统，星上ATM交换结构的设计是一个非常重要的部分。由于卫星通信具有带宽有限、时延受限、信道误码率高等特点，因而设计星上交换结构时必须尽可能降低交换时延，减少内部阻塞。为此，提出一种基于蚂蚁算法的星上ATM交换结构，并对此方案进行了分析和仿真。结果表明，该结构由于采用了蚂蚁算法和阻塞规避方案，有效改善了信元时延和信元丢失率等性能。     

北斗卫星注入校验信息传输时延分析及优化

北斗导航卫星上行注入校验信息主要用于上行注入导航信息的闭环校验及错误重注,具有较高的实时性要求;同时该类信息具有传输路径复杂、处理节点多、处理难度大的特点。文章分析了上行注入校验信息的使用方式、传输路径及传输需求,介绍了基于星间链路的星座信息传输方法。提出了一种工程应用可行的注入校验信息传输方案,进行了星内信息传输流程设计,描述了各个传输节点的信息路径,分析了各个节点的传输时延,提出星地同步注入策略和动态调度措施,对信息传输时延进行了综合评价和优化改进,将传输时延优化压缩至1200～1800 ms。对卫星在轨数据进行了分析,验证了优化措施及分析结果的有效性,可以有效满足卫星工程应用的需求。     

一种基于QOS的比例公平分组调度算法

高速下行链路分组接入技术（HSDPA）是第三代移动通信中引入的分组数据业务主要技术,在承载VoIP业务时的难点在于如何满足严格的时延要求。文章对HSDPA的分组调度算法进行了研究,提出基于QoS的加权比例公平分组调度算法,仿真结果表明所提出的算法可以有效地改进VoIP的服务质量,降低传输时延。     

基于ARQ期望吞吐率最大化的蓝牙ACL数据分组选择算法

不同的物理信道条件下,不同蓝牙分组传输会有不同的性能,因此需要根据链路状态选择适宜分组进行数据传输.基于最近分组传输历史记录,提出一个使得蓝牙异步无链接ACL通信链路上ARQ协议期望吞吐率最大来选择适宜分组进行数据传输的算法.仿真结果显示只需用很短的历史观察记录就口I获得很好的算法性能.此外,在一个差错率高的环境中,适宜选择DM分组传输以保证数据的可靠传输,反之,则适宜选择DH分组传输以提高数据传输速率.     

面向深空时变信道的数据传输策略

将呈现随机“好”、“坏”状态跳变的深空Ka频段链路噪声温度建模为两状态Gilbert-Elliot信道,考虑深空下行发送端只能获得延迟的信道状态信息（CSI）的限制,结合部分观测马尔科夫决策理论设计了基于延迟CSI预测信道状态的自适应最大化吞吐量传输策略。理论推导了在深空通信环境下最优传输策略的关键阈值,并给出了简化的闭合解计算式。通过地球-火星通信参数仿真,校验了该方案能有效提高吞吐量,提高文件传输效率。     

SaclTCP:基于跨层设计的卫星网络传输协议

卫星网络大时延、高误码率及链路不对称等特点,使得TCP/IP协议无法提供令人满意的服务。针对卫星网络的特点,设计了SaclTCP协议,采用跨层设计思想减少层次网络的冗余性,实时获取网络状态信息。协议根据链路层反馈的有效带宽信息准确地设定拥塞窗口门限阈值;在网络层对路由器缓冲队列进行管理,计算网络发生拥塞的概率并发送显示拥塞通知反馈给发送方传输层;还可区分丢包原因,避免由于传输错误造成的发送窗口减小。实验结果表明与传统协议相比,极大提高了传输性能。     

一种话音和数据联合帧中的自适应动态容量分配算法

文章采用压缩的思想,提出了一种在自适应调制的基础上,通过压缩话音符号周期的方法进行话音和数据比特联合传输的方案。在给定的系统模型中,根据信道估计器给出的信道状态信息,发送端自适应选择调制方式,并在此基础上对话音符号周期进行压缩,以提高数据传输的吞吐率。仿真计算表明：该方案能有效提高一帧中数据比特所占的百分比,从而提高数据的吞吐率。     

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。     

应用网络编码的空间信息网多径路由协议设计

针对空间信息网的长时延和高误码问题,提出一种应用网络编码的多径路由协议。该协议设计了基于最佳路径可用度的多径路由建立方法;同时在传统多径路由传输的基础上,采用随机线性网络编码方式对数据包进行编码,通过同时考虑链路状况和接收数据包个数确定编码次数,以优化编码策略;利用网络编码带来的冗余改进重传机制。在网络仿真-2(NS-2)平台上对路由协议设计进行仿真,结果表明,文章提出的路由协议设计分组投递率高,时延短,提高了网络性能。     

天地联合测控鲁棒性路由算法

针对未来海量飞行器的测控需求与中继卫星有限资源之间的矛盾,在天地联合组网测控架构的基础上,设计了基于时变图的时延保障鲁棒性路由算法,以满足测控任务低时延、高可靠的通信要求。首先,构建时间扩展图(TEG),精准表征天地联合网络的时变拓扑、链路时延与业务需求;然后,将时延保障鲁棒性路由问题建模为最短时延备份路径问题,采用贪心思想和增广路径回退机制,设计基于TEG的最短时延备份路径算法,高效获取两条低时延且互为链路备份的端到端路径,为测控业务传输提供鲁棒性保障;最后,分析了时间复杂度并给出算法应用示例。相比于传统备份路由方法,所提算法能够构建时延性能较好的备份路径(仅增加0.01 s),100%保障单链路失效情况下测控业务传输不中断。