空间信息网络优化与性能仿真

发布时间：2020-03-22 08:31

【摘要】：随着航天技术的发展,空间信息网络技术在军事和民用等方面得到了广泛应用。空间信息网络具有覆盖范围广、移动接入灵活等特点,能够与地面网络形成良好的互补关系。在空间信息网络中,卫星节点具有高速移动性和周期性,会导致网络发生频繁的链路切换,同时空间链路的误码率较高,传输时延较长,网络通信资源有限。独特的空间通信环境使得传统的地面网络协议与路由方法无法有效地满足空间通信的服务质量要求。由于用户区域分布不均衡,不同卫星节点的负载情况也存在着很大的差异,卫星在通信过程中的重要性也不尽相同。空间信息网络所处的空间环境较为恶劣,卫星节点的位置信息相对公开,极易受到自然环境影响以及人为破坏,因此空间信息网络需要具备较强的抗毁性能。当前的空间信息网络研究多从路由算法的传输性能角度展开,在节点重要性和抗毁性等方面的研究较少。本文对空间信息网络中的Qos路由技术、通信过程中的节点重要性以及空间信息网络的抗毁性能等方面进行了研究与探索,具体包括以下几个部分:(1)为构建覆盖全球的空间信息网络,采用了3GEO+66LEO的双层卫星网络模型,并对网络模型中不同层间的卫星节点进行了可见性分析。(2)改进了卫星网络Qos路由算法。算法中使用离散拓扑的方法降低节点移动性对网络路由的影响,在不同高度的卫星网络中采用不同的路由策略。算法中主要对以下三个方面进行了改进:?对GEO层最少跳数路由算法进行了优化,降低了GEO层中时延要求较高业务的传输延迟。?对拥塞控制过程进行改进,使用了多节点联合的拥塞控制策略。在LEO层传输的双路径中都进行了数据分流,提升了网络的传输性能。?基于跳数和节点拥塞情况的路由选择,充分考虑了当前节点与目的节点的传输距离。仿真结果表明,改进的路由算法可以实现更小的数据丢包率,网络的吞吐量有一定的提升,能够满足各类型业务的传输需求。(3)针对空间信息网络节点在通信过程中的节点重要性问题,提出了一种卫星网络节点重要性的评估方法。该方法综合考虑了节点依赖度、节点间的跳数距离等因素,能够精确评估卫星节点在网络通信中的重要性,采用节点贡献度的方法对节点重要性评估方法的准确性进行了验证。(4)研究了空间信息网络中的抗毁性路由技术。对节点失效和遭受安全威胁两种情景下卫星网络中的数据传输情况进行分析,针对不同的网络故障类型,设计了相应的抗毁性路由策略,并通过仿真验证了抗毁性路由技术的有效性。
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域模型,进程,事件调度

西安电子科技大学工学硕士学位论文24图3.5 进程域模型3.2.3 OPNET 仿真机制OPNET 仿真机制是网络仿真过程中的运行策略，也是软件的核心功能，主要由以下两部分组成：（1）离散事件仿真机制OPNET 事件驱动机制是指当网络中由于中断跳转导致状态变化时，模拟机才会工作。在仿真的过程中网络状态会不断发生变化，进而产生一系列随时间变化的事件，仿真模型随着时间的推进触发相应的事件。OPNET 中既支持并行程序运行，，也支持分布式系统的运行。仿真过程中，多个事件可以在不同时刻发生，也可以在同一时刻发生。OPNET 通过仿真事件调度器来进行事件调度，事件调度器依据事件发生的时间顺序，按照先进先出的原则进行事件的调度，当在某一时刻有多个事件执行，则根据事件的优先级进行相应的调度。（2）信息传递机制在 OPNET 仿真时

无线通信,管道,阶段

通信共有 14 个管道阶段，其中收信机和发信机中的管道阶段如图 3.6 所示。(a) 收信机管道阶段 (b) 发信机管道阶段图3.6 无线通信管道阶段3.3 STK 卫星仿真工具STK(Satellite Tool Kit，卫星工具包)是一款空间建模仿真软件[49-51]，由美国Analytical Graphics 公司研发，能够对航空、航天等领域的相关任务进行可视化分析。STK 在航空、航天、遥感和导航等许多方面都有广泛的应用。在 STK 中可以方便的对卫星运行过程中的相关参数进行相应设置，同时也能够对其他空间实体进行设计，如：传感器、飞机、地面站和运载火箭等。利用 STK 软件可以便捷地进行仿真和结果演示，并且运行过程可以以二维和三维的方式进行观测，效果逼真直观，同时可以快速地得到仿真结果数据，进而对仿真模型进行可行性分析等。对于特定的任务，STK提供了附加分析模块，能够对雷达、通信和覆盖情况进行相应的分析。STK 中的主要功能如图 3.7 所示。
【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】：2018
【分类号】：V443.1

【参考文献】