宽带卫星网络边界路由技术研究

在中低轨道卫星星座中,利用星间链路组网是宽带卫星网络技术发展的一个主要方向。卫星网络中的边界路由主要解决卫星网络和地面网络之间在网络层的互操作性问题,实现网络层的互相融合,使端用户能够通过异构网络来透明地通信。在分析已有研究的基础上,结合地面网络使用的边界路由技术,给出了地面网络与卫星网络的互连模型,分析了具有星间链路的卫星网络中边界路由问题的实质,并介绍了一种基于BGP4协议的卫星网络边界路由机制,进而指出了后续的研究方向。     

一种基于GEO/MEO星层组网的卫星网络抗毁路由研究

提出一种新的基于GEO/MEO星层组网的抗毁路由算法（DRRA）,基于分群管理、群首备份、链路冗余、链路修补的星座结构.在基于卫星移动的动态卫星网络中,在数据包路由抗毁、数据包路由最短延时等方面具有优势.这主要在于：①在充分考虑该卫星网络结构特点的基础上采用卫星分群管理和群首备份机制,以减少网络中冗余信息的流动和对特定中心节点的依赖;②在充分考虑卫星网络运行环境复杂与恶劣的基础上采用星间链路冗余、星间链路修补方案,以降低网络中星间链路失效和/或卫星节点失效对整个卫星网络通信性能的影响.     

基于TDMA的星间链路时隙分配设计与仿真评估

基于TDMA的星间链路体制组网灵活,传输效率高,已成为今后星间链路的一种发展趋势;对于TDMA的星座网络而言,其时隙分配是影响业务时延的重要因素,文章就一种双层混合型星座提出了一种时隙分配方案,并对星座网络的传输进行了仿真,分别从广播和单播两种业务的角度针对星间链路传输性能的时延指标进行了评估分析,结果显示,该TDMA星座网络基本能在30s内广播全网数据,且单播时在地面站仰角不受限的情况下,绝大部分(95%以上)的境外星最多都只需要一跳即可到达,该结果会在地面站仰角限制增大的情况下随之递减。     

可见性矩阵驱动的星座网络模拟系统研究

自研星座网络模拟系统逐渐成为研究星间组网的必要方式,针对传统星座网络模拟系统和星座设计软件耦合度高,导致星座运动数据解析繁琐、拓扑和链路更新时耗较高的问题,提出了可见性矩阵驱动的星座网络模拟系统,研究了面向通信端口的星座动态拓扑模拟方案和基于数据库存储的链路配置方案。实现结果表明,可见性矩阵驱动的星座网络模拟系统具备高效的星座拓扑更改和星间链路更新的能力,为上层组网算法验证等工作提供时效性强的模拟环境。     

基于路由需求的空间信息系统星地链路及星间链路特征分析

有效的路由算法是空间信息系统需要解决的核心技术之一。由于卫星网络的拓扑结构的变化,空间信息系统的路由算法应充分考虑到星间、星地链路连通性特征及卫星网络的拓扑结构演化规律。分析了空间信息系统卫星网络体系结构,研究了星间、星地链路的几何特性,并利用STK仿真软件对星间、星地链路的性能进行仿真,通过分析仿真结果得到了某些星间链路、星地链路的链路连通性特性,进一步分析得到了空间信息系统信息传输网络拓扑结构的演化规律,其可为卫星链路的设计以及后续空间信息系统路由算法的研究提供一定的参考。     

基于启发式遗传算法的时分星间网络拓扑优化设计

针对北斗导航系统对星间网络的测量与数传业务需求,提出一种基于启发式遗传算法的网络拓扑优化设计方法,首先通过理论分析制定了拓扑规划的基本原则,给出一个能满足大部分需求的拓扑框架,以此作为初值,利用遗传算法对拓扑进行了优化,在路由规划中采用了分时以最短时延为原则的路由算法,最后,对星间网络测量指标进行了统计分析,以星间数据传输和星星地数据下传作为星间网络数据传输的典型工况,对星间网络拓扑路由规划的结果进行了逻辑仿真验证,仿真结果表明,该网络拓扑规划能满足导航星座常规业务的基本测量与数传需求,为解决导航星座星间网络的复杂运行管理提供了一种解决问题的思路。     

基于地面站的星间链路全网测试技术

星间链路是我国自主导航系统的重要技术支撑,基于相控阵天线的并发空分时分双工(CSTDD,Concurrent Spatial Time Division Duplexing)组网体制为星间链路的实现提供了一种可行途径,该体制通过指向性天线形成窄波束切换指向来实现对整个空域的复用,通过单条链路半双工方式工作实现卫星之间的双向通信,从而实现整个星间链路采用同一频点。在全星座组网未完成的情况下如何对星间网络的全网性能进行有效测试是一个技术难题。星间链路全网测试技术旨在利用星间链路CSTDD体制的特点,利用单台地面站设备,对星间链路CSTDD体制的全网性能进行测试。详细介绍了星间链路CSTDD体制的特点,提炼出了星间链路的测试需求;并根据CSTDD体制特点,依托单台地面站设备,组成星间链路测试设备;产生指定数量的虚拟卫星,和空中的被测试卫星组成星间链路网络,完成了星间链路物理链路、测量数据、通信数据的测试,为组建我国自主导航系统提供了技术支撑。     

基于神经网络的导航卫星星间链路网络态势感知模型研究

为支撑导航卫星星间链路网络的稳定运行,提升对星间链路网络的监控管理能力,解决地面系统,对星间链路网络状态感知迟滞等监视能力不足问题,以及对未来网络趋势的预测能力不足问题,提出并构建了星间链路态势感知模型,包括数据预处理、指标计算和态势预测三部分;对于监视型网络状态指标,通过对原始遥测信息进行抽取获得;对于更为复杂的分析型网络状态指标,首先利用人工规则进行数据筛选,随后利用数据挖掘算法提取有效特征,选取相关性较大的参数综合得出复杂指标;在此基础上,利用BP神经网络对星间链路网络态势进行预测;通过实验,某状态指标预测的准确率稳定在98%左右,结果表明该模型可以有效的对星间链路网络的未来状态进行感知预测,可以对星间链路网络状态异常进行及时处理,具有较高的可行性。     

基于OPNET的卫星网络路由仿真

具有星际链路的卫星网络将在今后发挥巨大的作用,而混合星座具有比单层星座更加优异的性能,双层星座GEO/LEO能够在物理上实现网络管理和业务的分离,便于对全网络的管理和集中式路由的实现。依据卫星网络运动的规律性,采用虚拟拓扑路由策略,在OPNET中对GEO/LEO双层星座进行了集中式路由的仿真;在定义链路权值时,除了传统上考虑的传播时延、排队时延外,还加上了地理因素的影响,使之更符合卫星网络的实际情况。     

LEO、MEO卫星网络星间链路图两种新表示方法的提出与实现

国内外现有的LEO、MEO卫星网络星问链路图都以纯图形的表示方法给出，在卫星网络系统路由选择、系统性能分析及管理的研究中发现，图形化的表示方法难以满足分析问题的需要，尤其是当卫星数量增加和多高度卫星星座联合组网时，图形杂乱难以辨认．针对上述问题提出用抽象的图表示卫星星间链路的思想；提出了星间链路图抽象表示的原则；提出了卫星星问链路图两种新的表示方法。其一是基于极点扩张的星问链路图表示方法，其二是基于卫星轨道特征的星间链路图表示方法，并用C＋＋设计了实现这两种表示方法的软件．软件运行结果表明，卫星星问链路图两种新的表示方法切实可行、具有应用价值．     

LEO卫星网络中的一种分布式路由算法

在LEO卫星网络中,由于卫星高速运动导致的网络拓扑变化和不同卫星覆盖城内流量的非规整性给设计其特殊路由算法带来很大挑战。结合卫星网络的固有特点,本文提出一种基于路径信息压缩的分布式路由算法CPDR（Compressed Path Information based Distributed Routing）。该算法使用分布式分层链路状态收集策略和简洁的路径信息编码机制,能够在不引入额外信令开销基础之上提供多路径路由能力,实现卫星网路中的流量负载平衡、优化网络带宽应用、提高星际链路利用率。     

LEO卫星网络的路由技术

低地球轨道LEO(Low Earth Orhit)卫星系统因能够提供多媒体通信服务而成为卫星通信研究的热点．由于LEO卫星相对地面高速运行和其网络拓扑结构的快速动态变化，路由问题一直是LEO卫星网络重点解决的难题之一．该文介绍了LEO卫星网络中路由及其相关技术方面的一些工作，分析了LEO卫星网络的拓扑结构特点，然后着重对LEO卫星网络的路由机制进行分类和描述，特别说明LEO卫星网络的切换对路由的影响，最后提出设计LEO卫星网络路由机制应考虑的主要方面．     

基于卫星网的路由算法研究及其伪代码实现

路由问题在通信网中一直是一个核心问题，路由算法的优劣将直接影响到整个通信网络的性能以及通信的质量，在卫星网络中也不例外。由于卫星网络具有区别于地面网络的拓扑结构的动态变化等独有的特点，使得适用于地面网络的路由算法不能用于卫星网络上，因此必须针对卫星网络的特点设计适合于卫星网络的路由算法。本文先阐述了路由算法的影响因素及设计目标，然后提出了一种运行于卫星网络上的基于时空的路由算法，给出了算法的详细步骤，并详细介绍了算法的伪代码实现。实验表明该算法能很好地满足卫星网络的要求。     

卫星网络基于ATM鲁棒路由算法中的链路诊断

针对使用星际链路ISL（intersatellite links）的LEO卫星系统,提出一种基于ATM的鲁棒路由算法。只要源卫星与目的卫星之间存在一条通路,二者便可以实现通信。本文关注的是路由算法中的链路诊断部分。源卫星首先利用收集的不可达信息构建离散时间动态虚拓扑图（DT-DVTG）（discrete-time dynamic virtual topology graph）,然后通过概率的方法诊断出最可能出现故障的链路,再经过快速的测试可精确定位故障链路。由于链路诊断过程支持动态路由,使鲁棒路由算法在保持原有动态路由算法各项性能指标的基础上进一步提高了鲁棒性。     

面向LEO卫星网的轻量级按需QoS源路由算法

接入卫星切换、流量分布不均匀和星上处理能力受限等因素使LEO卫星网的QoS路由面临巨大挑战。提出了一种引入移动代理技术的轻量级按需QoS源路由算法。首先结合星际链路队列占用情况设计了星际链路可用指数;接着基于卫星网承载流量分布特点提出了卫星可用指数;综合星际链路和卫星可用指数给出了移动代理迁移策略、星际QoS路由及其重建算法。仿真结果表明,提出的路由算法信令开销低,时延抖动、新呼叫阻塞率和切换呼叫阻塞率等QoS性能明显优于传统路由算法。     

基于GEO/LEO卫星通信网的路由策略研究

从优化卫星网络管理的角度,提出了GEO/LEO卫星通信网络体系结构,该结构将管理子网与业务子网在物理上相互分离,体现了与地面网络不同的集中式路由策略的优势,同时利用卫星运行的规律性和星际链路分布的规则性,制定了极大降低运算量的备用路由策略,保证了GEO/LEO卫星网络体系结构的可靠性,通过仿真验证了两种路由策略的性能。     

卫星路由算法研究

对目前几种主流的组网技术,包括异步传输模式(ATM),网际互连协议的协议栈(IP),多协议标签交换(MPLS),卫星网络与地面网络的网络构成、拓扑以及通信时延等特点作了分析比较,同时对地面网络上的主要的路由算法进行了分析,主要包括距离向量算法和链路状态算法等：给出了运行于卫星网络上的路由算法,并对路由算法的三种策略进行了分类分析,其中基于虚拟拓扑路由策略的路由算法多用于基于像ATM等面向连接的网络;而采用虚拟节点概念的路由算法常用于基于IP的路由;基于拓扑依赖策略的路由算法,对于特定的星座网络将会有较高的效率。     

LEO/MEO卫星网络中的一种新型分布式动态路由算法

分析了离线路由算法抗毁性差，在部分星际链路出现故障时性能显著下降的特点，指出了传统的最短路径算法难以直接应用于卫星网络的原因，提出了一种适用于LEO／MEO网络的新型分布式路由算法-链路反转算法．该算法利用卫星运行的周期性和可预知性，对路由策略进行了优化，并且在部分星际链路出现故障时通过路由信令对路由进行调整，避开故障链路．在LEONET卫星网络上的仿真数据和分析显示，与传统的链路状态算法相比链路反转算法具有更小的信令开销、更短的收敛时间．     

Agent-based load balancing routing for LEO satellite networks

To ensure an intelligent engineering of traffic over entire satellite networks, a distributed routing scheme for low-earth orbit (LEO) satellite networks, agent-based load balancing routing (ALBR), is presented. Two kinds of agents are used. Mobile agents migrate autonomously to explore the path connecting source and destination, to gather inter-satellite link (ISL) cost, identifier and latitude of visited satellites. Meanwhile, stationary agents employ exponential forgetting function to estimate ISL queueing delay, calculate ISL cost using the sum of propagation and queueing delays; evaluate path cost considering satellite geographical position as well as ISL cost, finally update routing items. Through simulations on a Courier-like system, the proposed scheme is shown to achieve better load balancing, and can especially decrease packet loss ratio efficiently, guarantee better throughput and end-to-end delay bound in case of high traffic load. Furthermore, results from the implementation complexity analysis demonstrate that with the aid of agent technology, ALBR has lower on-board computation, storage, signaling requirements than other on-board routing schemes.