卫星网络多路径QoS路由策略研究

针对卫星宽带网络业务的多样性,提出了一种基于业务QoS(服务质量)需求和星间链路信息的多路径并行路由方案。该方案利用星间链路历史信息和准实时信息进行路由预规划,并基于星间链路实时信息和业务QoS需求对预规划的路由方案进行动态调整,实现业务数据在源节点和目的节点之间进行多路径并行传输。该方案不仅确保了业务传输的高可达性,而且使整个卫星网络链路资源得到充分利用,实现负载均衡。     

基于QoS的卫星网络k端可靠性分析

针对现有可靠性分析方法不能适应卫星网络中信息传播时延长，业务需求多样，导致计算准确性低的问题。考虑卫星工作的多状态特性，研究了多状态下卫星网络可靠性的问题，提出了一种基于QoS的卫星网络k端可靠性分析算法。首先，进行节点融合，对非融合元素采取置零取非操作，进行网络拓扑邻接矩阵变换，得到连通k个节点的路径。相较于传统方法有效地减少了矩阵变换次数，避免了冗余链路的产生。然后，为提升可靠度计算的准确性，根据不同业务的QoS约束条件和链路当前状态，确定网络中满足条件的可用路径，最后，由链路当前状态的可靠度计算出不同业务下的k端路径可靠度。研究结果表明：相较于其他算法，本算法不仅提升了卫星网络在不同业务下k端路径可靠度计算的准确性，而且计算效率提升了33.3%。     

基于QoS的卫星网络端-端通信可靠性分析

针对卫星网络动态环境下的高速信息传输、业务类型差异大等特点，提出一种综合考虑各业务QoS（Quality of Service）指标的可靠性分析方法。在卫星通信网络实际运行周期内，通信系统往往处于逐渐劣化过程中，导致卫星的节点和链路除正常工作和完全失效外，还存在部分失效的工作状态。本文在链路多状态基础上基于最小路集算法（Minimum Path Set Algorithms，MPSA）在不同业务的QoS指标（时延、带宽和丢包率）约束下，得出满足该业务QoS约束的所有可靠路径集，对路径集中路径进行不交化处理得到网络端-端可靠性。研究结果表明，不同业务由于QoS需求的差异导致网络端-端可靠性不同，所提算法与传统算法相比更加符合实际。由于实际卫星网络环境中会采用端-端并行多路径传输（Multi-Path Transmission，MTP），本文在上述研究的基础上，进一步对多路径的端-端可靠性进行了研究，结果表明多路径数据传输可靠性高。     

天基网路由策略及算法研究概述

路由技术是天基综合信息网组网的核心技术之一。根据卫星链路长时延、高误码等特点,天基网络和地面网络的路由算法有很大不同。本文在常用地面网络路由算法的基础上,给出了国内外卫星网络路由策略及算法的研究现状,并介绍了卫星星座仿真软件和卫星网络协议仿真工具。     

网络中心战中服务质量选路的研究

介绍了网络中心战的概念和网络中心战架构中分布式无主节点网络体系结构,提出了网络中心战的业务需求模型。在综合分析网络资源状况和服务质量度量参数的基础上,结合网络中心战对实时性要求较高的特性,提出了以探测器到火力控制单元的网络时延作为服务质量选路标准。以3节点旅（团）级网络中心战演示实验平台为例,提出了一种计算网络中心战架构中端到端时延和获取路径信息的算法,开发了Server／Client架构计算程序,选取探测器到火力控制单元之间的最小网络时延的链路作为最优路径。解决了网络中心战中路由选择的关键问题,满足了网络中心战对时延的要求,并且可用于多业务点提供业务时最优路由的确定。     

卫星网络动态资源图多QoS约束路由算法

针对高动态卫星网络拓扑变化导致的网络更新期间可用路径失效，QoS需求难以满足的问题，提出了一种基于软件定义网络（SDN）架构的虚拟节点动态资源图多QoS约束路由算法（DRGVN-QR）。根据节点的切换状态、缓存以及链路的剩余带宽、时延等信息，结合虚拟节点的网络拓扑方式，建立虚拟节点动态资源图模型。根据资源图模型，建立最小路径代价的优化模型，利用蚁群算法（ACO）并发地为每个连接请求找到一段时间范围内的最优路径集合，并对信息素挥发系数的取值问题进行了讨论，以提升路径质量和算法性能。最后，为了适应卫星网络的时变性，设计一种幂数加权公式求出一段时间范围内的最优路径。仿真结果表明：DRGVN-QR算法能够规避路径失效带来的传输中断问题，提高网络QoS，与其他算法相比，该算法降低了平均端到端时延、网络丢包率和时延抖动。     

基于OPNET的低轨卫星网络路由仿真与优化

针对业务高速化、多样化背景的LEO(低地球轨道)卫星通信网络传输问题,提出一种复合分组调度策略和基于拥塞控制的备份路由方法相结合的路由算法,既保证了不同业务的服务质量,也在网络部分卫星节点因负载较重发生拥塞时实现业务分流,避免低优先级业务因资源竞争力较弱而"饿死",保证各业务的吞吐率,提高网络的性能。最后,以OPNET(优化网络工程工具)软件搭建了LEO卫星网络仿真平台,对文中提出的路由协议进行仿真,验证了算法的有效性。     

混合SDN的多目标路由优化算法

为充分利用SDN(Software Defined Network,软件定义网络)节点的优势来优化网络性能,混合SDN的流量工程成为当前的研究热点,而路由优化是实现流量工程目标的重要策略之一.但是,当前混合SDN的流量工程中未考虑网络整体的负载均衡以及SDN节点的处理能力.针对上述问题,提出了一种多目标路由优化算法——MCS(Minimum Cost Sum,最小化代价和),综合考虑整个网络的传输延迟与链路利用率,同时保证SDN节点的处理能力满足实际约束,最终实现全网综合性能的最优化.实验结果表明,当网络整体负载较轻,MCS与现有的SOTE(SDN/OSPF Traffic Engineering,软件定义网络/开放最短路径优先流量工程)算法性能相近;而当网络负载加重时,MCS相比于SOTE,可将网络负载降低约9％,因此,MCS算法具有更高的优化能力.     

有损链路环境下移动Ad Hoc网中一种具有能量效率和负载均衡的地理路由算法(英文)

由于地理路由的有效性和可扩展性,这类路由算法成为移动ad hoc网络(MANET)中的一个研究热点。然而,在真实不可靠的链路环境下,简单的贪婪转发会导致较低的投递率,并且缩短了网络寿命。因此在提高投递率的同时延长网络寿命是一个重要问题。在本文中,我们为有损链路的MANET提出了一种新颖的地理路由算法ELGR。它结合能量效率和负载均衡来做路由选择。第一,我们设计了一种基于数据包接收率PRR(packets reception rate)的链路估计方法,来提高能量效率。第二,每个节点通过了解邻节点的负载状况来达到转发时的负载均衡。我们的仿真结果表明,与几个典型地理路由相比,ELGR算法延长了网络寿命20%,并且显著提高了数据包的投递率。     

控制器故障下的软件定义机载网络数据平面迁移策略

软件定义网络（SDN）为突破机载网络功能僵化所造成的瓶颈提供了新的契机。针对软件定义机载网络控制域内控制节点故障问题,提出一种基于时延和负载均衡的传输节点迁移策略,将故障控制节点所管控数据平面中的传输节点迁移至其他正常控制节点,恢复网络的正常管控。以迁移时延和负载均衡率为目标,建立迁移优化模型,提出基于时延和负载均衡的传输节点迁移算法,指导数据平面中的迁移动作,最终对两个性能目标进行综合权衡。实验结果表明,与距离就近迁移（DCM）策略和分布式逐跳（DHA）策略相比,所提策略在迁移时延和负载均衡率2个方面进行了合适的折中,避免出现迁移时延过大或控制节点负载失衡的情况,有效解决机载网络故障恢复问题。     

适于低轨卫星IP网络的单核共享树组播算法(英文)

为了解决低轨卫星IP网络中现有典型源组播算法的信道资源浪费问题,本文提出了一套单核共享树组播算法,即核心群合并共享树(CCST)和加权核心群合并共享树(w-CCST)算法。CCST 算法包括动态近似中心(DAC)选核方法和核心群合并组播路径构建方法。DAC方法专为周期、规律运动的低轨卫星网络提出,不需要复杂的星上计算。在核心群合并方法中,以核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,从而使得组播树的树代价最小,大大提高了网络的带宽利用率和组播传输效率。w-CCST 算法中所提出的加权因子可以调整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来适度增大树代价、降低端到端传播时延以支持某些端到端时延要求苛刻的实时组播业务。最后,与低轨卫星 IP 网络中典型算法进行了性能比较,仿真结果说明,CCST 算法的平均树代价比其它算法显著降低,w-CCST 算法的平均端到端传播时延小于 CCST 算法。     

基于网络编码的空间DTN中CGR改进算法

随着空间通信技术的发展,卫星节点的增多,以及容延迟容中断通信需求的不断提高,空间DTN (DelayTolerant Network,容延迟网络)环境中各通信节点间的路由技术日益重要,相继出现了多种适用于DTN的路由技术.基于空间DTN的结构与特点,对CGR(Contact Graph Routing,接触图路由)算法以及基于编码的路由算法进行了分析比较,然后针对空间DTN中CGR算法的缺点和不足,研究提出了基于NC(Network Coding,网络编码)的空间DTN中的CGR改进算法(NC-CGR),并通过仿真实验平台对算法性能进行了分析评估.仿真结果表明,相比于CGR算法,NC-CGR算法在链路传输时延、传输包裹数目、中继缓存大小、链路丢包率等不同条件下的适应性方面均表现出较大优势,更适用于具有复杂拓扑、带宽受限、高动态特性的空间DTN环境.     

多层卫星网络数据缓存技术研究

针对星间链路和星地链路传播时延大、内容分发经过多跳传输后总体时延较大的问题,研究在多层卫星网络中部署网络内缓存技术,并提出基于卫星缓存容量大小和内容流行度的概率缓存策略。仿真结果显示,当每个卫星节点缓存容量大小仅占内容总量大小30%时,与IP协议、未部署缓存的NDN协议以及NDN-LCE缓存策略相比,采用提出的缓存策略,用户平均内容访问时延分别下降60%、53.4%和7.1%。     

基于蚁群算法的多路径QoS路由算法研究

针对现代网络通信量不断地增大以及蚁群算法在解决路由问题时存在的一些不足提出了基于改进蚁群算法的路由优化算法。该算法将蚁群系统的特点和流量工程的思想相结合对基本的蚁群算法进行了3方面的改进：将路由器的缓冲队列的利用率加入下一结点选择的标准;采用链路的利用率做为全局更新信息素;选择多条路径来进行数据传输。仿真实验结果表明该算法可以实现网络负载均衡,降低拥塞发生的可能性,提高了网络资源的利用率。     

MEO/LEO双层卫星网络中层间链路的连接度分析

作为未来卫星移动通信系统的一个重要的研究方向,提出了一种由MEO卫星和LEO卫星共同组成的双层卫星网络(Double-Layer Satellite Network,DLSN),以更好为用户提供多媒体服务.作为多层卫星网络的一个重要的研究内容,连接不同高度上卫星的层间链路(Inter-Orbit-Links,IOLs)的特性对于整个DLSN网络的性能会有很大的影响.根据所设计的多层卫星网络的星座参数,通过对层间链路几何特性的研究,分析了多层卫星网络中MEO卫星与LEO卫星的连接度性能.采用计算机仿真的方法,给出了层间链路连接度的特性.结果表明,为了提高网络性能,在多层卫星网络中应按照一定参数有选择的建立层间链路,而不是简单的采用视距可见原则建立层间链路.     

面向风险均衡的AFDX虚拟链路路径寻优算法

为确保综合模块化航空电子系统的安全性需求能够在全双工交换式以太网中得到一致性保证,提出了一种面向风险均衡的路径规化（RBPP）算法,以满足各航电功能间的安全隔离要求,同时分散风险,避免局部物理链路的风险集中,提高系统安全性。以民机失效状态类别划分为基础,建立了航电功能、分区、端系统、虚拟链路（VL）风险模型;RBPP以均衡各物理链路风险为目标,同时综合考虑网络实时性、链路负载能力等因素,采用粒子群算法进行优化目标求解。利用仿真优化方法对RBPP算法进行了实现,在典型工业航空电子全双工交换式以太网（AFDX）网络架构及A380AFDX网络架构下进行仿真分析,结果显示多播VL的简化处理的会使网络风险增加;在1 000条VL配置下与负载均衡（LB）算法和最短路径（SP）算法进行了分析对比,结果显示RBPP算法在满足各航电功能间的隔离需求的同时,链路风险均衡能力在两种网络拓扑下分别比负载均衡算法提高了10.7%和23.4%,比最短路径算法分别提高了35.4%和47.9%。     

命名数据网络中的一种主动拥塞控制机制研究

命名数据网络由于缓存的作用及多路径和多播的传输特点,使得传统的拥塞控制策略不再适用。从命名数据网络转发策略的角度出发,结合强化学习中的Sarsa(λ)算法,提出了一种以最小时延为目标的拥塞控制算法。该算法考虑了链路延迟和中断的影响,利用NDN中路由节点的计算和学习能力,使用Sarsa(λ)算法实现命名数据网络中网络包的智能转发。在基于ns-3的ndnSIM仿真平台下进行性能测试,并和已有的采用滑窗机制的Best route算法、Multicast算法和RF算法做比较。仿真结果表明,提出的智能转发策略能有效增加网络的数据递交率,减少丢包数量和网络平均时延,有效地减少拥塞。     

多状态空间信息网络拓扑生成优化算法

依据空间信息网络（SIN）高动态性的特点,并考虑卫星工作的多状态特性,兼顾星间通信时延和拓扑抗毁性的要求,研究了多状态下空间信息网络拓扑生成及动态优化的问题。根据卫星星座的周期性,建立了一种卫星网络的拓扑周期表。综合卫星的可视性和连接度等约束条件,以网络平均和最大时延作为通信性能的优化目标,建立拓扑的多目标优化模型。提出一种改进的多目标模拟退火（IMOSA）算法,求解全局时延最优的卫星拓扑,并在考虑多状态情况下对链路进行优化,以满足网络高动态性。最后基于具有66颗低轨（LEO）的铱星星座进行仿真,研究表明：针对多状态条件下的铱星星座,该算法最大化减小了通信时延,得到抗毁性良好的拓扑结构,通信性能较之原有静态拓扑明显得到改善。     

支持差异化服务的航空信息网络切片策略

针对航空集群各作战任务对网络性能需求的差异,研究了灵活耦合任务需求的航空信息网络切片问题。按照任务特性定义网络切片类型及性能特征,以任务资源需求为约束构建切片性能最优化整数规划模型,将网络切片构建问题分解为平台资源聚类和链路资源聚类2个步骤,提出了基于粒子群的平台资源聚类算法和基于感知节点的链路资源聚类算法。平台资源聚类阶段通过基于聚类因子排序的粒子群聚类算法进行迭代求解;链路资源聚类阶段,以各网络切片性能和链路负载率为优化目标,在平台资源聚类的基础上完成链路资源聚类。研究结果表明：所提算法构建的航空信息网络切片可满足不同任务对平台资源以及网络传输能力的需求,平台资源利用率和链路负载率显著改善。     

无人机自组网络多媒体数据传输路由算法研究

针对无人机自组网络多媒体数据传输中链路不稳定问题,提出了一种无人机自组网络多媒体数据传输路由算法。该算法在GPSR路由算法基础上,结合无人机多媒体通信的特点,充分考虑了位置、速度、运动方向这三个因素对选择下一跳节点的影响,从而达到同时兼顾三者和提高链路性能的目的。提出的算法具有开销小、可靠性高等优点,有效提高了分组交付率以及降低了平均端到端延迟,从而提高了无人机自组网络多媒体数据传输的性能。