空间综合信息网交换与组网技术研究
本文选题:空间综合信息网 + 电路/分组混合交换 ; 参考:《西安电子科技大学》2014年硕士论文
【摘要】:近年来,空间综合信息网相关技术研究越发引人瞩目,全球多个国家和政府机构都发起了若干个研究项目并取得了一定的成果。通过比较美国及欧洲空间综合信息网的研发进展及设计方案,结合我国现有技术及客观条件,介绍了我国在此方向上发展的可能性与机会。针对空间综合信息网络的核心科学问题,结合实验室承担项目,选取空间网络交换和高动态移动自组网作为本文主要研究内容。在空间交换网络方面,首先介绍了空间交换网络的结构类型,分析比较传统交换方式的优缺点,总结交换网络的特点及适用条件。为充分利用现有空间平台硬件设备及满足网络数据业务多样性,提出以分组交换为基础的电路/分组混合交换概念。结合电路交换和交换分组的优缺点,设计以三级Clos网络为基础的混合交换结构设计框图,并利用并发主从循环分配算法对一级、二级交换链路申请匹配。详细描述了电路组装信息和分组信息的转发流程,利用排队论相关知识对混合交换系统进行简单的理论分析。最后,利用OPNET搭建交换系统模型,进行网络仿真。在网络负载从0.3增至0.7的过程中,分别测试电路业务和分组业务比例分别为4:6、5:5、6:4情况下,整个系统的端到端时延、丢包率和网络吞吐率,并与双平面交换系统做比较。仿真结果表明,该系统满足电路业务恒定输出的特性,两种业务的时延及时延抖动都可满足空间交换机的性能指标要求,多种数据业务可以很好地被承载。高动态移动自组网方面,在分析了传统移动自组网特性的基础上,结合综合网内空间用户的多样性,指出高动态自组网存在的客观性,并对其独有的特点及研究热点做了解析说明。针对高动态自组网络的特点,在分析现有技术的前提下,给出特定应用场景下物理层、MAC层及网络层的关键问题解决方案。提出分布式、多跳、竞争中心的网络形式,采用TDMA与时隙随机接入相结合的方法实现时隙动态分配,设计传输天线选择方法以适应波束切换天线的应用,详细描述了组网流程及网络运行准则。在OPNET仿真平台上搭建网络模型仿真实现,并添加动画效果直观明了地展示节点之间实时数据收发及连接的动态变化,观察组网时延及节点吞吐率。结果表明,在5个节点的场景下,该方案可以在1.0375s内实现全部入网,但因节点频繁失联再重新入网现象而丢失的数据包数量不可忽视,表明此种方案性能还有很大提升空间。
[Abstract]:In recent years, the research of space integrated information network (SIN) technology has attracted more and more attention. A number of research projects have been initiated by many countries and government agencies all over the world and some achievements have been made. By comparing the research and development progress and design scheme of the United States and Europe, combining with the existing technology and objective conditions of our country, this paper introduces the possibility and opportunity of our country's development in this direction. In view of the core scientific problems of spatial integrated information network and the laboratory undertaking project, the space network switching and the high dynamic mobile ad hoc network are selected as the main research contents of this paper. In the aspect of spatial switching network, the structure types of spatial switching network are introduced, the advantages and disadvantages of traditional switching methods are analyzed, and the characteristics and applicable conditions of switching network are summarized. In order to make full use of the hardware of the existing space platform and to satisfy the diversity of network data services, the concept of circuit / packet hybrid switching based on packet switching is proposed. Combined with the advantages and disadvantages of circuit switching and switching packets, a hybrid switching architecture block diagram based on three-level Clos network is designed, and the concurrent master-slave cyclic allocation algorithm is used to match the first-and second-level switching link applications. The forwarding flow of circuit assembly information and packet information is described in detail, and a simple theoretical analysis of hybrid switching system is carried out by using the relevant knowledge of queuing theory. Finally, the switching system model is built with OPNET, and the network simulation is carried out. In the process of increasing the network load from 0.3 to 0.7, the ratio of circuit service and packet service is 4: 6 / 5: 5: 6: 6 respectively. The end-to-end delay, packet loss rate and network throughput of the whole system are compared with the biplane switching system. The simulation results show that the system meets the characteristics of constant output of circuit services, the delay and delay delay and jitter of both services can meet the performance requirements of spatial switches, and many kinds of data services can be well carried. In the aspect of high dynamic mobile ad hoc networks, based on the analysis of the characteristics of traditional mobile ad hoc networks and the diversity of spatial users in integrated networks, the objectivity of the existence of high dynamic ad hoc networks is pointed out. Its unique characteristics and research hot spots are explained analytically. According to the characteristics of high dynamic ad hoc networks, a solution to the key problems of MAC layer and network layer in physical layer is presented under the premise of analyzing the existing technologies. The distributed, multi-hop, competition center network form is proposed. The dynamic slot allocation is realized by combining TDMA with slot random access, and the transmission antenna selection method is designed to adapt to the application of beam-switching antenna. The network process and network operation criteria are described in detail. The simulation of network model is built on the OPNET platform, and the animation effect is added to show the dynamic change of the real-time data receiving, sending and connecting between nodes, and to observe the network delay and node throughput. The results show that in the scenario of five nodes, the scheme can access the network in 1.0375s, but the number of packets lost due to frequent node loss and re-entry can not be ignored, which indicates that the performance of this scheme still has a lot of room for improvement.
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TP393.03
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,本文编号:1861219
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