基于拓扑和路由结合的分布式卫星组网方法研究

发布时间：2020-08-01 16:39

【摘要】：近年来,我国航天技术发展日新月异,而卫星作为空间通信的载体,对其在功能、灵活性及抗风险能力方面的要求也越来越高。相对于传统大卫星,小卫星由于其灵活性、综合成本等方面的优势,在处理应急任务时优势显著。而针对单个小卫星的功能专一性,由多颗小卫星组成的分布式卫星网络的研究成为近年来卫星通信的热点方向。本文的主要研究目标是在分布式卫星网络动态重构过程中,同时优化网络拓扑结构和网络的服务质量(Quality of Service,Qo S),合理利用网络链路资源。以往关于组网过程中拓扑结构的设计以及基于网络服务质量的路由算法的设计有很多,但由于分布式卫星网络的动态性高,以及对处理突发性任务的要求高等特点,在组网过程中,有可能因为网络拓扑的改变而使原本设计的路由算法性能发生改变,网络中各节点之间的业务流量也会受到影响。因此,单独考虑拓扑设计和路由算法存在不足,有必要在组网过程中对网络拓扑结构和路由算法进行综合考虑。本文首先针对当前的拓扑结构设计方法以及一些典型的拓扑结构特征参数进行了总结。在此基础上,选择稳定性作为网络拓扑优化程度的评价标准,并使用归一化自然连通度对网络稳定性进行定量评价。然后,在路由算法方面,分析归纳了现有的几类多层卫星网络路由选择算法,并针对路由选择算法中时延、带宽等优化目标之间存在相反的优化趋势,即,一个目标的优化带来其他目标的恶化,提出了基于Qo S的多目标优化算法,对路由算法中多个优化目标之间进行折中,并仿真了其性能。最后,针对分布式卫星网络拓扑对稳定性的要求,将拓扑结构和路由算法相结合,提出一种基于拓扑稳定性的卫星动态组网优化方法,该方法包括多层卫星网络初始化和基于稳定性的多目标优化算法两部分。仿真结果表明,基于拓扑稳定性的卫星动态组网优化方法能够在保证网络拓扑稳定性满足约束条件的前提下,通过多目标优化路由算法,实现网络在多个Qo S优化目标之间的折中,降低网络的平均时延,并通过灵活的组网策略,合理利用网络的链路资源。同时,通过网络路由算法和拓扑结构设计的迭代优化,完成动态组网优化过程,提高了组网过程的灵活性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN927.2
【图文】：

空间拓扑结构,道数,三维结构,仰角

量 3 12 4(km) 35786 10355 14倾角 0.0° 55.0° 52.期(h) 24 6 1道数 1 3 仰角 20° 22° 10a) MLSN 星座的三维结构

卫星网络,平面结构,卫星,业务节点

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文其行列按照如下卫星节点顺序排列，即[LEO-12 LEO-53 LE2 LEO-81]，对卫星网络进行几何建模，仿真的某时刻网络，并利用 MATLAB 对其性能进行仿真分析。网络中卫星如下式所示，其中，不可见的卫星节点之间的链路记为ijd 可知，卫星间的上行链路带宽上限为 155Mbps。根据业务节点间的业务需求进行仿真，仿真 1000 次不同业务流量下图 3-2 所示。

卫星网络,邻接矩阵,拓扑图,连通度

卫星网络拓扑图及对应邻接矩阵卫星网络拓扑图及对应邻接矩阵0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 10 0 0 0 1 00 0 0 0 1 00 0 1 1 0 01 1 0 0 0 01 0 0 0 0 00 0 1 0 0 0 A0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 01 0 0 0 0 00 0 1 0 0 1 A0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 A

【参考文献】