简述中低轨道移动卫星的发展

通信卫星一般都运行在高度大36000千米的地球静止轨道上，其优点是只需三四颗卫星就能覆盖全球，因而星座控制简单，不需要跟踪卫星及星间链路便可完成远距离通信。不足之处是轨道资源紧张，不能覆盖极区，尤其是由于星地间距离较远，因而链路损耗大，传输时延长（大于250ms），使得卫星和用户终端的体积和成本都增大，无法支持手持机，不利于移动通信。为此，近年来提出了一些中低轨道通信卫星方案。这些卫星拟运行在高度为500～100O0千米间的轨道上，所以轨道资源丰富，路径衰减小，传输时延短，从而能减小卫星和用户终端的体积，且也降…     

读者信箱

请问:日凌现象的成因是什么? ——承德戚炜答复:地球自转的轨道与太阳成23.5度的倾斜角,因此每年太阳会在3月21日(春分)及9月23 日(秋分)时经过地球赤道上空。地球同步轨道通信卫星位于离地球赤道上空约36,000公里的轨道位置上,与地球保持同步转动。因此,每年春分和秋分前后,在卫星地球站所在地的每天中午时分,卫星将处在太阳与地球之间的直线上。这时卫星地球站天线在对准卫星的同时也对准太阳,使太阳产生的强大的电磁波直接投射在地球站天线上。由于太阳产生的电磁波频谱很宽,因此,对地球站来说,该电磁波是一个巨大的噪声源,对其所接受的卫星信号造成干扰从而使接收链路严重恶化甚至中断,这种现象即称为卫星通信的“日凌现象”。如图所示:     

基于线性规划的Internet端到端时延的估计

测量Internet端到端时延特征是研究Internet端到端分组行为的重要内容之一,它能够应用于QoS(Quality of Service),SLA(Service Level Agreement)的管理、拥塞控制算法研究等许多方面.常用的端到端时延测量方法大多依赖于GPS接收机或采用NTP协议来实现收发端时钟的同步,但由于GPS接收机价格较高不可能每台主机都能配备, NTP协议的精度不能满足要求。该文基于线性规划的方法估计收发时钟的频差、相对时钟偏差等参数,以获得端到端时延的估计。作者在几条不同的链路上进行了测试,结果表明该方法能有效消除收发时钟不同步的影响。     

基于快速链路动态感知的多路分流算法

多路并行传输技术的发展为解决实时视频低延时、高画质的业务需求提供了一种方法。现有的多路并行传输技术在某一路径发生丢包时，往往无法通过快速切换等手段，及时地将拥塞链路上的数据包进行重传或分流，如多路径传输协议(MPTCP)的快速重传机制需要三个相同的反馈数据包，无法保证实时视频的流畅性。为解决该问题，设计了一种基于用户数据报协议(UDP)的多路并行传输框架，并针对该框架提出了基于快速链路动态感知的多路分流算法。该算法综合考虑数据包到达特性，对链路网络状态进行建模，快速地感知链路状态并动态地调整链路重传切换时间。仿真结果表明，相比于超时判断分流决策，该算法能更准确地感知链路的质量和性能，并根据算法结果做出合理的数据分发决策，有效提升多路并行传输的性能，降低重传数据端到端时延，提高网络利用率。     

卫星通信上的QoS分析

卫星链路由于其固有的特点(长时延，非对称环境)对QoS(Quality of Service）提出新的要求和挑战，本文首先对两种QoS策略进行讨论．然后对其在卫星链路上的性能及以后研究的方向进行了讨论。     

基于主动网络的分层组播机制研究

分层组播是解决组播通信当中底层网络结构异构性，适应网络动态变化的一种最佳解决方案。本论分析了现有的分层组播技术，介绍了采用主动网进行接收方驱动的分层组播的新方案(RLM-AN)。不同于大多数的分层组播方法的端到端的拥塞控制机制，RLM-AN是分布式的TCP友好的拥塞控制机制。方案中把组播树看成是一组虚拟链路，在每个虚拟链路上进行TCP友好的拥塞控制。通过在网络内部的主动节点处进行拥塞控制，传输系统可以得到更为平滑的和更为TCP友好的吞吐量，以及对网络内部拥塞的快速响应。同时，本论对RLM-AN在技术细节实现上的若干问题进行了讨论。     

基于自适应丢包区分的卫星信道TCP改进

通过卫星扩展TCP/IP网络无论在商业还是军事上具有十分重要的意义。但由于链路的高时延、高误码率和严重的信道衰落,使得TCP/IP应用于卫星链路时,相对于有线链路性能较差,因此将TCP/IP应用于卫星链路时,必须对TCP/IP进行改进。提出了自适应特定队列管理的方法,其基本思想是根据网络事件动态调整模式匹配参数,使得在拥塞和卫星链路误码率增加的情况下,都具有较高的丢包区分准确率。     

基于排队时延和丢包率的拥塞控制

作为拥塞度量,排队时延具有很多优点,但仅利用排队时延并不能完全避免丢包,而在链路缓存不足出现丢包时,排队时延已不能有效反应网络拥塞情况。该文提出了一种基于排队时延和丢包率的拥塞控制模型,该模型采用双模控制的方法。在瓶颈链路上有足够缓存时,模型利用排队时延作为拥塞度量,使各流获得稳定的动态性和成比例公平性。当瓶颈路由器上没有足够缓存不可避免要丢包时,模型利用丢包率作为拥塞度量,使各流仍能获得与不丢包情况下相近的流特性。模型在两种模式的切换中保持稳定,实现平滑过渡。     

一种缓解低轨卫星馈电切换中用户群切换的算法

卫星互联网发展已经逐渐被纳入到第六代移动通信技术(6G)概念方案中,基于透明转发可降低系统建设成本,同时系统容量不受星上处理能力限制.但透明转发模式的低轨(Low Earth Or-bit,LEO)卫星系统会出现卫星馈电链路切换情况下用户发生大规模群切换的问题,影响局部地理区域用户通信体验.将透明转发系统低轨卫星跨信关站馈电链路切换场景中用户切换模型化,并针对场景中面临的用户群切换问题,提出了一种缓解群切换拥塞的算法.算法采用用户提前分流切出和限制切入策略,对分流切出过程进行统一规划,减小用户群切换规模,与常规群切换方法配合使用,可进一步降低用户平均切换时延,提高切换成功率.     

卫星动态链路上的可预知确定性流量调度

随着卫星网络的高速发展，卫星之间的动态链路上也出现了确定性传输需求。结合卫星链路的可预知动态特性，提出了运动平台上的时间敏感网络(Time Sensitive Network, TSN)调度机制，研究适用于链路变化的动态调度算法。在基于信用整形(Credit Based Shaper, CBS)算法模型基础上，研究分析CBS在动态变化网络场景中的时延特性。结合所建立的CBS分析模型，研究了带宽占比对于不同等级链路所起的作用。同时根据分析结果设计带宽调整方案，改进CBS算法，并提出链路切换保护机制，用以避免数据在链路状态切换过程中出现丢失。提出的动态方案不仅能提高卫星网络的数据转发确定性，并且能够根据不同数据帧的时延要求灵活分配带宽。     

小卫星业务调度路由优化

针对小卫星通信链路交换频繁和低资源利用率的问题，提出了一种基于调度的小卫星路由优化策略。建立起小卫星星座模型，根据其运行方向(与赤道平面近似垂直)和所在维度确定链路的实时连接策略，优化其路由路径。面对持续增长的网络业务与有限的星上资源的矛盾，将业务数据包分类为实时性数据包和非实时性数据包，实行加权轮询调度保证其服务质量和资源的利用率。仿真结果证明，相比已有小卫星路由算法，优化的路由算法可以有效减小数据传输时延并增加系统吞吐量。     

有线无线融合的卫星时间敏感网络流调度研究

随着空间通信任务日趋复杂化,尤其是对时间敏感的需求不断提升,一方面要求星内系统的高带宽、可靠性和实时性;另一方面星间无线链路也应具备低时延和高可靠性.但由于卫星内部有线链路与星间无线链路差异大,业务数据经过有线和无线链路联合传输时,容易引发节点拥塞,而无法保障时敏业务的时延有界需求.为了提升数据在空间网络传输的实时性,...     

基于线性回归的卫星数据传输TCP拥塞控制研究

针对当前卫星数据地面传输环境遇到的诸如TCP传输时延长、误码率高、带宽不对称等和网络拥塞密切相关的问题,文中从拥塞控制的角度出发,在基于往返时延的拥塞控制算法Vegas基础上,加入对往返时延(RTT)的动态控制机制,以此为突破点对整个卫星数据地面传输的网络资源进行优化和调整,提高网络资源利用率。实现对往返时延(RTT)动态调整的方法是对已得到的往返时延数据进行线性回归分析,通过不断地线性回归优化对数据进行拟合得到基于预测的往返时延算法Lr Vegas。     

卫星TCP加速技术研究

由于卫星链路长时延高误码的特点,传输控制协议(TCP)在卫星链路上效率很低。提出了一种卫星通信系统中TCP加速网关的设计实现方法,介绍了基于加速网关的卫星网络结构,描述了其关键技术实现,对提出的设计实现方法在OPNET中进行了仿真验证。仿真结果表明,该技术大大提高了TCP应用在卫星链路上的传输效率,而且在多连接共享带宽时保持了较好的公平性。     

基于选择性迭代的KSP低轨卫星负载均衡路由方法

低轨卫星(Low Earth Orbit,LEO)系统具有传输时延低、路径损耗小和运行周期短的特点,但大规模卫星部署和地面业务非均匀性的特点,导致卫星网络局部拥塞和局部空闲,为优化卫星网络全局负载均衡和回避拥塞问题,文章提出一种基于选择性迭代的K最短路径算法(Selective Iteration of K Shortest Paths,SI-KSP)。与传统K最短路径方法相比,所提的SI-KSP负载均衡路由方法网络吞吐量增加且丢包率大幅下降;与CA-KSP方法相比,所提方法网络吞吐量相近但丢包率和平均时延均降低。该文所提方法能实现根据全局负载情况选择路径分布,有效避免链路拥塞,达到更优化的负载均衡效果。     

多层卫星网络链路中断容忍路由策略设计

链路中断和接续对卫星网络路由有重要影响,该文针对多层卫星网络,设计了链路中断容忍路由策略,利用非均匀时间段内卫星网络拓扑结构的可预测性进行路由表计算,采取动态的拥塞控制机制和洪泛策略,解决由于卫星运动、通信设备故障引发链路中断情况下的路由问题。仿真结果表明,该路由策略具有较高的链路利用率,能够减少动态路由计算中时延信息收集和星上路由表生成给卫星节点带来的时空开销。     

卫星链路中TCP传输性能改进与仿真

卫星信道与地面有线信道具有不同的特点,当TCP协议直接应用于卫星链路上时,其吞吐量等性能会受到影响。针对卫星链路的特点,分析了现有的卫星链路进行TCP传输的几种解决方案,使用NS 2仿真软件,建立了仿真模型,并在给定的仿真环境下得出了一些卫星链路下TCP传输性能和卫星spoofing技术的仿真结论。卫星链路具有时延大、误码率高等特点,仿真结果说明卫星spoofing技术和PS技术相结合的方案对卫星链路TCP传输性能改善是十分有益的。     

单源多径路由网络拥塞链路识别

针对多径路由带来的端到端测量路径不确定性以及布尔模型不能很好地解决多拥塞链路的问题,该文在识别端到端测量路径的基础上,提出一种基于扩展状态空间的网络拥塞链路识别算法。首先基于探测流时延相关性进行自适应聚类,进而得到各路径与探测流之间的映射关系。其次采用多门限的方式,将具有不同丢包程度的拥塞路径赋予不同的拥塞状态。最后将拥塞链路识别问题转化为一个约束最优化问题,并提出基于扩展状态空间的拥塞链路识别算法(ESSCLI)算法求解该问题。仿真结果表明,ESSCLI算法能够在多种不同网络场景下取得比当前算法更高的拥塞链路检测率。     

一种异构网络TCP拥塞控制算法

针对互联网中端对端带宽、时延和丢包率等的差异性日益加剧,导致TCP传输性能严重退化,该文提出一种链路自适应TCP拥塞控制算法(INVS)。INVS在拥塞避免阶段初期采用基于指数函数的凸窗口增长函数,以提高链路利用率;在窗口增长函数中引入了自适应增长因子实现窗口增长速率与链路状态相匹配;采用了自适应队列门限的丢包区分策略以提高无线环境下TCP的性能。性能分析和评估表明,INVS提高了TCP拥塞控制算法的吞吐量、公平性、链路利用率和RTT公平性。     

卫星链路中TCP传输性能仿真与分析

卫星信道与地面有线信道具有不同的特点,当3TCP协议直接应用于卫星链路上时,其吞吐量等性能会受到影响。针对卫星链路的特点,文中分析了卫星链路中TCP协议存在的主要问题,使用NS2仿真软件,建立了仿真模型,并在给定的仿真环境下得出了一些结论。卫星链路具有时延大、误码率高等特点,仿真结果说明了当数据大小一定时,比特误码率越高,系统吞吐量越低,引起的丢包率越高;时延（往返时间）越长,系统吞吐量越低。最后,分析比较了优化TCP的运行参数、修改TCP控制机制、分割连接技术等卫星链路TCP协议的主要解决方案。