LEO卫星网络路由算法的OPNET建模与仿真

由于OPNET没有提供标准卫星模块和星上路由器模块,这给卫星网络仿真带来一定难度 。针对LEO卫星网络路由算法,提出了一种OPNET路由仿真模型。该仿真模型主要由卫星网络 域、卫星节点域和路由进程域组成。卫星网络域实现网络拓扑结构的动态变化,节点域利用 无线仿真机制进行数据的发送和接收,路由进程域完成具体算法的实现。为了检验模型的性 能,仿真分析了几种典型的星上路由算法。结果表明,提出的仿真模型是正确可行的,且具 有一定的通用性,为卫星通信网络性能的仿真和分析提供了一种简单有效的途径。
     

基于流量预测的双层卫星网络动态路由算法

卫星网络具有覆盖广泛、接入简单等优点,被认为是下一代互联网的重要组成部分。文章提出了一种基于流量预测的双层卫星网络动态路由技术,拓扑采用LEO层和GEO层双层卫星网络结构,能够支持卫星网络新节点的动态加入。针对卫星网络管理员节点在执行网络任务时可能造成高负载导致高丢包率,从而影响网络性能的缺点,提出卫星网络管理员节点调整策略,根据流量预测算法对超过阈值的卫星网络管理员节点进行更换。最后,文章通过仿真试验对算法性能进行了验证,证明此算法在端到端时延和管理员节点丢包率方面具有优势。     

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。     

一种基于卫星节点的时变拓扑网络模型

卫星网络与地面固定网络有着本质的差别,特别是它的时变特性,使得成熟的固定拓扑网络理论不能很好地应用到卫星网络中。将卫星网络抽象为以时间为变量的周期函数矩阵,并引入图论,提出一种基于卫星节点的时变拓扑网络模型,讨论模型中节点间的关系和模型离散化条件,给出该模型的离散化形式以及离散时间序列选取原则和相应的证明和仿真,最后指出现有的虚拟节点、有限状态自动机、快照系列、动态虚拟拓扑等研究卫星网络的方法都可以纳入所提出的模型框架中。     

卫星网络拓扑时变性对网络性能影响分析

卫星网络的拓扑时变性会影响网络的性能,导致现有的许多网络技术在卫星网络上不能有效地使用。文中从卫星网络特点出发,给出一个可以反映卫星网络时变拓扑特点的网络模型。利用该模型具体地分析了拓扑时变性对卫星网络性能的影响,并进行相应的仿真试验,指出造成这些影响的主要因素是卫星节点间的切换,而卫星网络的连续状态主要影响节点间的传输时延大小,且变化缓慢。     

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。     

低轨巨型星座网络容量评估与分析

低轨卫星网络可以提供广覆盖、低时延、大容量的通信服务和随遇接入的网络服务,可有效弥补地面通信网络和高轨卫星网络的不足。近年来“星链”“一网”等星座项目推动了低轨巨型星座的飞速发展。卫星网络容量是网络性能评价的重要指标,传统方法计算复杂度高、耗时长,且计算开销随网络节点数迅速增加,在巨型星座网络评估中产生巨大计算开销。面向低轨巨型星座网络容量评估问题,提出了一种基于最大流的网络容量评估方法,与传统方法相比计算复杂度和计算耗时大大降低。以“星链”星座为例,分析了星座构型、星间链路拓扑连接方式、链路容量及用户需求量对巨型星座网络容量的影响。仿真分析结果对未来低轨巨型星座网络建设具有指导意义。     

一种卫星移动多媒体广播COFDM系统的可用性研究

旨在研究COFDM系统应用在卫星移动多媒体广播中的可用性,文章给出一种基于“级联编码 相干检测 PN序列信道估计”方案的COFDM系统的基带模型,并对其进行了建模与仿真,具体内容包括收发端主要模块的系统构架设计以及信道干扰模型的设计与分析,然后给出基于本仿真所得到的系统误码率在卫星移动多径衰落传输环境中的变化情况,并且分析了仿真结果,最后验证了这种COFDM系统在卫星移动多媒体广播领域中的可用性。     

在轨模块更换任务动力学与控制仿真系统

航天器在轨模块更换任务的总体仿真是对总体方案进行系统性分析和论证的重要手段。文章基于天基平台在轨模块更换技术的研究,搭建了在轨模块更换仿真演示验证系统,介绍了仿真系统总体架构,建立了包括空间环境、轨道、动力学、控制、电源、测控等各分系统在内的仿真系统。重点对交会对接、在轨模块更换过程涉及的航天器平台及机械臂的动力学特性...     

基于虚拟化技术的数值仿真与中央监控系统网络设计

“数值仿真与中央监控系统”作为国家大科学工程项目“空间环境地面模拟装置”的分系统，为装置提供数据采集、实验和安全监控、集中展示、数据存储、运行管理、数值仿真、数据共享以及配套系统的监管等服务。文章基于各类业务在网络中的承载需求，针对系统网络涉及业务种类繁多、数据量大、网络规模复杂等特点，采用星型拓扑结构，各节点采用双设备部署，防火墙采用Acitve-Acitve路由方式部署，利用网络虚拟化技术对网络进行横向融合和纵向隔离，构建了多业务统一承载的数值仿真与中央监控系统网络。该设计简化了网络规划，提升了网络带宽，增强了网络的可靠性和安全性，最终实现在一张物理网络中为各类实验业务提供差异化网络服务。     

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。     

考虑执行器动态补偿的动中通系统非线性鲁棒控制

研究用于移动载体卫星通信的动中通系统的稳定跟踪问题。选取动中通系统的三轴非线性模型为被控对象,较单轴模型更能准确地描述子系统之间的运动学与动力学特性。在执行器动态特性的基础上,设计了一种具有执行器动态补偿的非线性鲁棒控制器。该控制器不仅能够使系统在载体移动过程中隔离载体扰动的影响,精确跟踪目标卫星,而且还进一步解决了执行器动态特性对系统的影响,更符合实际动中通控制系统设计的需要。最后通过三组对比仿真结果验证了所设计控制器在不同扰动条件下的稳定跟踪性能。     

Ka频段液晶相控阵天线设计与分析

随着5G通信、卫星通信、物联网的迅速发展，对于相控阵天线提出了更高的技术要求，要求其具有带宽更宽、成本更低、指标更优、尺寸更小等特点。为了满足移动卫星通信的需求，针对相控阵天线的技术指标要求，设计了一款工作于Ka频段的液晶相控阵天线。通过研究液晶相控阵天线系统的整体架构，对其各个主要功能模块进行了设计和选型，包括天线阵列规模大小评估，移相器、辐射器、馈电网络、偏置网络、波控电路等功能部件的选型，研究基于液晶移相技术的小型化相控阵天线及波束控制电路，最终完成天线设计与仿真，并完成原理样机的研制和测试。对关键技术指标进行论证，天线各项指标可满足Ka频段移动卫星通信的相关技术需求。相较于传统卫星终端，该液晶相控阵天线具备批量生产、体积小、通信位置灵活等特点，适用于各种安装平台，更符合现代化通信的需求，为军/民用移动卫星通信提供了一种有效可行的天线解决方案。     

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RBF网络辨识的挠性卫星姿态自适应控制

为满足挠性卫星姿态控制的更高要求,提出了一种基于径向基函数（RBF）网络辨识的模糊自适应控制方法。根据卫星姿态动力学方程,将RBF辨识网络引入模糊神经网络的T-S模型,以辨识卫星,在线修改模糊神经控制器（FNC）参数,使卫星的姿态角度达到设定值。仿真结果表明：该法能有效克服卫星的不确定性,提高卫星姿态的控制精度。     

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。     

UC安全的移动卫星通信系统认证密钥交换协议

由于移动卫星和移动用户的计算、存储和通信能力有限,解决移动卫星通信系统的安 全和保密问题面临许多困难。根据移动卫星通信系统的实际情况,分析了系统的安全需求, 基于UC安全模型定义了移动卫星通信系统认证密钥交换协议的理想函数,该理想函数保证了 强安全性和实用性,并用于实际协议的设计。在移动用户和移动卫星通信网络控制中心之 间,设计了一个简单、低计算复杂性的认证密钥交换协议,该协议涉及了较少的交互次数, 认证协议计算负载仅仅需要利用伪随机函数、散列函数和与或计算。同时,基于UC安全模 型,对新的协议进行了可证明安全分析。新协议的安全属性包括可用性、有效性、身份隐藏 的可认证性、前向保密的密钥交换以及协议的模块化可复合性。     

卫星通信的未来发展

简要回顾了卫星通信的发展历程，介绍了静止轨道、中轨道和低轨道三种移动通信卫星的发展概况。讨论了实现空间信息高速公路的几项关键技术（如频段资源、ATM网络及其连接单元）。最后指出，窄带的移动卫星通信和宽带的空间信息高速公路，将是卫星通信未来发展的两大热点。