基于QoS保证的卫星通信系统关键技术研究

发布时间：2017-10-03 05:16

  本文关键词：基于QoS保证的卫星通信系统关键技术研究

  更多相关文章： 卫星通信系统 跨层蚁群优化 多径路由 跨层混沌预测 带宽请求 半实物仿真

【摘要】：卫星通信系统具有覆盖范围广、受地理环境因素影响小等特点,从而使得卫星通信成为当前通信领域中迅速发展的研究方向和现代信息交换强有力的手段之一。目前,下一代卫星通信网络正朝着更高速率、更大带宽的方向发展,其与地面通信网络联合组成全球无缝覆盖的信息交换网络。随着空间通信技术的飞速发展和业务需求的急速增长,有限的无线资源与多媒体业务不断提高的QoS要求之间的矛盾日益尖锐,使得设计可以支持高速、高质量多媒体传输的资源管理策略成为当前空间通信领域关注的重点。同时,卫星组网技术直接关系到卫星网络能否实现全球覆盖以及卫星网络的可扩展性问题,是卫星通信系统研究中的关键问题。相应的,路由协议、链路切换等都要针对卫星网络的特点重新设计,以星上路由交换为核心的新型卫星通信系统是空间通信领域的另一个研究重点。 论文研究基于QoS保证的卫星通信系统若干关键技术,主要针对低轨道卫星星座网络中的路由算法和宽带高轨道卫星网络中的资源管理相关算法展开深入研究。本论文的主要创新点和研究工作如下： (1)基于跨层蚁群优化的低轨道卫星网络路由策略 为了增强LEO卫星网络的鲁棒性和实现负载平衡,提出一种基于跨层蚁群优化的LEO卫星网络负载均衡路由算法CAL-LSN。该算法在进行路由决策时能够将物理层的信道状态信息考虑在内。为了实现负载平衡,算法CAL-LSN建立了一种多目标优化模型,利用蚁群算法对该模型进行求解。同时,本文对蚁群算法信息素挥发系数的取值进行了推导以便提高算法的鲁棒性,同时仿真研究了算法CAL-LSN的性能。研究结果表明算法CAL-LSN在有效实现负载平衡的同时可以提高接收端吞吐量,并且能够确保系统传输时延和时延抖动满足实时业务传输的需要。 (2)基于改进蚁群系统的低轨道卫星网络多径路由策略 本文针对LEO卫星网络的特点,提出一种基于改进蚁群系统的多径路由算法MPRA-AC,算法建立了从源用户到目的用户的多条路径。为了提高网络的鲁棒性,本文所建立的多目标优化模型旨在最小化主用路径和备用路径的公共节点数。同时,结合低轨卫星网络的特点,本文对原始蚁群算法做了改进,并在此基础上通过构建仿真平台来衡量算法MPRA-AC的性能。仿真结果表明,MPRA-AC算法能够更加快速的发现可行较优路径。和LEO卫星网络的DSR-LSN算法(低轨道卫星网络的动态源路由算法)相比,MPRA-AC不仅提高了网络链路利用率,同时也提高了卫星网络中数据包的投递率,提高率约为7.9%。 (3)基于跨层混沌预测的宽带多媒体卫星网络资源请求策略 本文提出一种基于跨层混沌预测的资源请求算法CBRA-CPM。该算法目的在于解决用户接入卫星网络的带宽请求问题,并且通过引入跨层架构以便能够对信道状态进行感知。在算法CBRA-CPM的设计过程中,卫星终端能够根据信道状态改变其向信关站申请带宽资源的数量,同时结合网络流量的自相似特性,算法引入混沌预测模型对流量进行预测。通过采用OPNET和MATLAB联合仿真的方法,算法仿真平台被构建。通过对本文所提算法和DAMA-CPM算法(基于混沌预测的按需分配多址接入算法)进行性能比较,本文所提算法在降低系统端到端时延的基础上提高了接收端的系统吞吐量。 (4)基于OPNET的宽带多媒体卫星通信标准半实物仿真机制研究 半实物仿真是一种将硬件测试和软件评估相结合的仿真方法,通过将实物接入系统从而尽可能取代虚拟模型,使仿真结果更接近实际情况。因此,采用半实物仿真对宽带多媒体卫星通信系统进行建模分析具有重要的研究价值。本文在基于对半实物仿真机制深入调研的基础上,进行DVB-RCS通信体制的研究,构建基于半实物的DVB-RCS通信体制仿真平台,解析影响系统的各种因素,并最终开发出应用于宽带多媒体卫星通信体制的仿真模型,建立相对复杂的半实物测试环境。
【关键词】：卫星通信系统 跨层蚁群优化 多径路由 跨层混沌预测 带宽请求 半实物仿真
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN927.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 目录9-12
• 第一章 绪论12-32
• 1.1 课题背景与研究意义12-15
• 1.1.1 课题研究背景12-13
• 1.1.2 课题研究意义13-15
• 1.2 卫星通信系统发展简介15-23
• 1.2.1 卫星通信概念的提出15-16
• 1.2.2 卫星通信系统的国际化发展16-17
• 1.2.3 广播卫星通信系统17-19
• 1.2.4 移动卫星通信系统19-21
• 1.2.5 VSAT和宽带卫星系统21-23
• 1.3 卫星通信系统发展趋势23-25
• 1.4 本论文的主要工作25-26
• 1.5 论文组织结构26-28
• 参考文献28-32
• 第二章 卫星通信系统的QoS研究32-49
• 2.1 卫星通信系统QoS框架结构32-36
• 2.1.1 QoS简介32-33
• 2.1.2 QoS指标要求33-34
• 2.1.3 协议体系结构与QoS关键技术34-36
• 2.2 卫星网络路由技术研究现状36-40
• 2.3 卫星网络资源管理技术研究现状40-44
• 2.4 仿真验证44
• 2.5 本章小结44-45
• 参考文献45-49
• 第三章 基于跨层蚁群优化的低轨道卫星网络路由策略49-73
• 3.1 引言49-51
• 3.2 蚁群优化算法概述51-57
• 3.2.1 基本蚁群算法原理51-52
• 3.2.2 基本蚁群算法的特征52-53
• 3.2.3 基本蚁群算法的数学模型53-55
• 3.2.4 基本蚁群算法的收敛性分析55-57
• 3.3 跨层CAL-LSN算法原理57-62
• 3.3.1 算法理论模型57-59
• 3.3.2 算法设计思路59-62
• 3.4 算法CAL-LSN性能仿真分析62-68
• 3.5 本章小结68-70
• 参考文献70-73
• 第四章 基于改进蚁群系统的低轨道卫星网络多径路由策略73-94
• 4.1 引言73
• 4.2 蚁群算法改进策略概述73-77
• 4.2.1 自适应蚁群算法74-75
• 4.2.2 基于信息熵的改进蚁群算法75-76
• 4.2.3 基于全局搜索和局部搜索相结合的改进蚁群算法76-77
• 4.3 MPRA-AC算法原理77-84
• 4.3.1 多路径路由的考虑因素77-79
• 4.3.2 QoS目标和路由表结构79-80
• 4.3.3 算法设计思路80-84
• 4.3.3.1 应用在LEO卫星网络中的蚁群算法设计80-82
• 4.3.3.2 算法执行过程82-84
• 4.4 算法MPRA-AC性能仿真分析84-91
• 4.5 本章小结91-92
• 参考文献92-94
• 第五章 基于跨层混沌预测的宽带多媒体卫星网络资源请求策略94-115
• 5.1 引言94-95
• 5.2 Internet流量模型95-101
• 5.2.1 网络流量特性和度量参数96-97
• 5.2.2 自相似流量建模97-99
• 5.2.3 流量预测模型99-101
• 5.3 CBRA-CPM算法原理101-105
• 5.3.1 跨层预测结构模型101-102
• 5.3.2 算法设计思路102-103
• 5.3.3 基于自相似流量的混沌预测模型103-105
• 5.4 算法CBRA-CPM性能仿真分析105-111
• 5.4.1 流量模型106-107
• 5.4.2 信道模型107
• 5.4.3 算法性能分析107-111
• 5.5 本章小结111-112
• 参考文献112-115
• 第六章 基于OPNET的宽带多媒体卫星通信系统半实物仿真机制研究115-125
• 6.1 引言115-116
• 6.2 半实物系统仿真方案116-119
• 6.2.1 仿真场景设计116-117
• 6.2.2 网络节点结构设计117-119
• 6.2.3 真实业务通信接口的实现119
• 6.3 实验与分析119-123
• 6.4 本章小结123-124
• 参考文献124-125
• 第七章 总结与展望125-128
• 7.1 总结125-126
• 7.2 展望126-128
• 缩略语128-133
• 致谢133-134
• 攻读博士学位期间完成的学术论文和其他成果134-135

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本文编号：963340