多层卫星网络路由策略研究

发布时间：2017-05-26 22:11

  本文关键词：多层卫星网络路由策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着航天技术的高速发展,对于各个国家来说空间资源的战略地位变得日益重要。因此,世界各国对空间优势的竞争日益剧烈,并且都在努力构建具有重大战略意义的空间信息网。空间信息网是以空间平台(如同步卫星或中、低轨道卫星、平流层气球和有人或无人驾驶飞机等)为载体,由部署于多个轨道面负责各种任务的卫星和地面站组成,可以实时获取、传输和处理空间信息的高动态的多层异构的网络系统。因而研究多层异构的混合卫星网络就有十分重要的意义。相比于单层卫星网络,多层卫星网络具有抗毁性好、网络容量大、选路灵活等特点。但是,多层卫星网络的复杂性高、节点数目多、链路数目大,且由于卫星节点不断运动,整个网络拓扑也处于一种快速的动态变化中,因此路由技术也要更加复杂。本论文重点对多层卫星网络的路由策略进行了研究。首先通过比较单层卫星网络和多层卫星网络的优缺点,明确了研究多层卫星网络路由技术的意义,分析了多层卫星网络路由技术的国内外研究现状,指出了目前存在的关键技术问题。接下来,介绍了几种典型的多层卫星网络,分析了GEO/LEO网络结构的独特优势,进而设计出3GEO+66LEO双层卫星星座,并对星座的连接特性和覆盖特性进行了分析。然后,针对传统GEO/LEO双层卫星网络层间链路复杂、切换频繁的问题,以降低协议开销和协议复杂性为目标,提出了一种基于时隙优化的GEO/LEO双层卫星网络路由策略。该策略主要包括以下三个方面改进:提出一种优化的时间片划分方法,降低了在卫星运行周期内的路由更新次数;提出一种基于“分群+分组”的卫星分组管理方法,简化层间连接关系,使处于极区的卫星得到有效管理;提出一种基于跳数限制和链路控制的流量平衡方法,从拥塞预防和拥塞缓解两方面解决网络发生拥塞问题。仿真表明,与基于时间虚拟化和分层管理的路由算法相比,基于时隙优化的路由策略具有更小的层间链路连接度、更低的星间通信开销、更高的包到达率。之后,针对极轨卫星在极地区域轨道间链路临时断开导致数据丢失的问题,以降低丢包率为目标,提出了一种基于位置预测的GEO/LEO双层卫星网络路由优化策略。该优化策略充分利用了卫星位置的可预测性,提出了一种基于位置预测的路由优化方法。和基于时隙优化的路由策略相比,基于位置预测的路由优化策略降低了网络的丢包率,提升了系统的可靠性。最后,构建了基于OPNET结合STK和MATLAB的联合仿真平台。
【关键词】：多层卫星网络 路由策略 时间虚拟化 分层分组管理 位置预测
【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】：2015
【分类号】：TN927
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景和研究意义9-13
• 1.1.1 课题研究的背景9-12
• 1.1.2 课题研究的意义12-13
• 1.2 国内外研究现状分析13-17
• 1.2.1 多层卫星网络路由技术国外研究现状13-14
• 1.2.2 多层卫星网络路由技术国内研究现状14-16
• 1.2.3 存在的关键技术问题16-17
• 1.3 研究内容与论文结构17-18
• 第2章 基于全球覆盖的GEO/LEO双层卫星星座设计18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 典型的多层卫星网络分析18-21
• 2.3 3GEO+66LEO双层卫星星座设计21-26
• 2.3.1 3GEO+66LEO双层卫星星座设计21-23
• 2.3.2 3GEO+66LEO双层星座覆盖特性23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 基于时隙优化的GEO/LEO双层卫星网络路由策略27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 基于时隙优化的双层卫星网络路由策略27-35
• 3.2.1 时间片优化方法27-29
• 3.2.2 基于“分群+分组”的双层卫星管理方法29-33
• 3.2.3 基于跳数限制和链路控制的流量平衡方法33-35
• 3.3 协议分析与性能评价35-40
• 3.3.1 层间链路连接度分析35-36
• 3.3.2 星间通信开销分析36-37
• 3.3.3 时延、丢包率和吞吐量分析37-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 基于位置预测的GEO/LEO双层卫星网络路由策略41-48
• 4.1 引言41
• 4.2 基于位置预测的双层卫星网络路由优化策略41-44
• 4.2.1 问题描述41-42
• 4.2.2 基于位置预测的路由优化策略42-44
• 4.3 仿真分析与性能评价44-47
• 4.3.1 仿真环境与参数设置44
• 4.3.2 丢包率分析44-45
• 4.3.3 吞吐量分析45-46
• 4.3.4 端到端时延分析46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 基于OPNET的GEO/LEO双层卫星网络仿真平台设计48-61
• 5.1 引言48
• 5.2 OPNET网络仿真工具简介48-50
• 5.2.1 三层建模机制49
• 5.2.2 基于事件的仿真机制49-50
• 5.3 基于OPNET的网络仿真平台设计与实现50-60
• 5.3.1 协议结构与仿真场景50-51
• 5.3.2 仿真平台的结构设计51-52
• 5.3.3 OPNET模型设计与实现52-58
• 5.3.4 仿真结果分析58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果66-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郝选文;空间信息网抗毁路由及网络防攻击技术研究[D];西安电子科技大学;2013年

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本文编号：398240