基于移动式网络技术的卫星星座网络结构设计与仿真

随着星上处理能力地日益增强,降低卫星星座通信网络对地面网络的依赖性,增强为用户段提供IP接入服务的能力,是未来卫星星座网络的需要解决的关键问题。提出了基于移动式网络技术的LEO卫星星座网络体系结构,引入了新的网络组件,提出了新的卫星星座网络组网策略,讨论了星地间的切换模型,并提交了基于NS2的网络性能仿真结果。仿真试验表明,该方案是一种满足未来卫星星座发展需求的有效方案,星地间的切换是影响该方案中卫星星座通信网络数据传输延时的主要因素。     

卫星移动通信网络切换算法的研究

低轨卫星移动通信网络在实现全球移动通信方面具有很大优势.切换方案对于控制低轨卫星网络通信时延,提高卫星网络服务质量和链路带宽资源利用率具有重要意义.深入分析了星地链路切换和重计算路由问题,提出了一种低轨移动通信卫星链路切换算法.仿真实验表明,提出的卫星链路切换算法有较小的端到端时延、较好的稳定性和可定制性.     

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。     

可任意灵活接入的虚实网络融合仿真方法

针对虚实网络融合仿真技术存在构建仿真链路不够灵活的问题,提出了一种可任意灵活接入的虚实网络融合仿真方法.分析了虚实网络融合仿真系统的体系架构,主要包括接入端设备和虚实融合仿真平台,并描述了该平台的关键技术和功能实现;通过平台的灵活接口将接入端设备任意灵活接入到虚实网络,并分析其实验原理,完成不同链路间通信的任意切换;通过构建虚实网络拓扑实例,采用灵活接入的方法分别进行不同链路间的PING命令实验与WEB应用访问.实验分析结果证明了方法的可行性和有效性.     

基于SMART_Polling机制的无线局域网的仿真建模

在OPNET网络仿真开发平台上,构建出基于SMART_Polling的无线局域网的仿真模型,描述了OPNET的建模过程,给出和分析了SMART_Polling机制下WLAN网络性能(吞吐量、媒体接入时延)的仿真结果。采用SMART_Polling机制实现WLAN,网络吞吐量性能优于基于CSMA/CA协议的无线局域网,系统接入效率高、灵活性强。     

低轨层内星际链路的一种新的链路重构算法

在空间网络中,为了解决与故障卫星节点相连的星间链路失效而导致的传输延时大幅增加问题,提出了一种新的链路重构算法.该算法在对节点连接度上限约束的同时,保障了链路延时最小,进而完成了受故障卫星节点影响的链路的重建.利用STK仿真软件构建了网络拓扑及链路重构过程,进而利用OPNET仿真软件完成了算法的性能仿真验证.仿真结果表...     

基于三层卫星网络的星间链路性能分析

星间链路性能分析是建立星间通信的基础。以包含GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星的三层卫星网络为例,仿真了三层卫星网络层间卫星星间距离的变化范围。在设定星间传输体制、链路参数、传输损耗等条件下,分别分析了该三层卫星网络的GEO-IGSO、GEO-MEO和IGSO-MEO三种链路在Ka频段和激光频段的性能。结果表明,在Ka频段,0.5m天线仅需5W的发射功率,可以满足2Mb/s以上的星间数据传输率;激光频段仅需0.5W的发射功率,直径0.25m的天线,可以达到2Gb/s以上的星间数据传输率,激光链路更有利于星间链路性能的提高。研究结果在未来三层卫星网络建立星间链路时,为卫星的发射功率、天线直径和星间链路数据传输速率等方面的选择提供了参考。     

星地测控链路中的功率控制策略研究

对于卫星来说,能源是极其重要的资源,为有效节约星上能源、延长卫星寿命,研究了星地测控链路的功率控制策略;首先,分析了造成星地测控链路信号衰减的因素,在此基础上,建立了卫星下行链路信噪比计算模型,然后,在保证地面设备能够正确解调星上遥测数据的前提下,在星地测控链路中,提出了基于信噪比平衡准则的闭环功率控制策略,最后,利用构建的计算模型,仿真分析了所提功率控制策略对卫星功耗的影响和对雨衰的抑制作用;研究结果表明,所提的功率控制策略能大幅降低卫星功耗,且复杂度低,具有工程实践性,同时,对雨衰有较强的抑制作用,能有效提高设备跟踪时长,保证卫星下行信号接收。     

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。     

基于软件定义网络的媒体分发网络的接入控制

针对软件定义网络（SDN）环境下的媒体分发网络的接入控制问题,提出了一种综合考虑服务节点和传输链路服务性能优化问题的接入控制方案。该方案利用SDN控制器对路由器的直接管控和对全网的感知能力,对应用层上服务节点服务性能和网络层上服务节点到用户之间的传输链路的服务性能进行联合优化,减少了链路拥塞对数据传输和用户服务质量的影响。首先,为SDN服务系统的接入控制过程建立部分可观Markov决策过程（POMDP）模型;然后,使用基于观测的随机策略作为系统的接入控制策略;最后,通过策略梯度算法对接入控制策略进行优化,求解出模型的最优策略。仿真结果表明,与尽力而为的服务策略相比,基于POMDP模型的最优接入控制策略使系统性能提高了10%,验证了所提方法的有效性。     

天地一体化卫星网络拓扑场景仿真技术

网络仿真可为天地一体化卫星网络的新技术评测提供有力支撑。面向天地一体化卫星网络拓扑场景固有的异构性、动态性特点,提出一种天地一体化卫星网络拓扑场景仿真技术。设计了面向异构、动态卫星网络拓扑的统一描述模型,以及研究了基于统一描述模型的拓扑自动解析与仿真场景生成方法,提升了仿真场景生成的易用性;从是否时变性的角度出发,设计了面向各类星间链路与星地链路的分类方法,将链路分为时变性和非时变性两种,针对非时变性链路,通过引入链路模型预加载机制,提升了卫星链路的仿真效能以及响应速度;针对链路仿真过程中延时仿真精确度低的问题,设计了链路仿真校正策略,实现了卫星链路高逼真、实时、动态的仿真。构建了多种天地一体化卫星网络场景,实验结果表明：所提出的技术具备高效的卫星网络仿真拓扑的自动生成能力;与现有技术相比,该技术在卫星链路仿真效能与仿真逼真性方面具有明显优势。     

面向天地一体化卫星网络的高性能仿真技术

天地一体化网络规模庞大且协议多样,必须构建相应的仿真平台进行严格的评估和验证。针对主流卫星链路仿真逼真度与吞吐量不足的缺点,分别采用动态差分补偿和随机数算法实现卫星链路延时、数据分组丢失率的高逼真仿真;采用高通量路由仿真技术,提升天基骨干网间链路的吞吐量。构建了涵盖6颗天基骨干节点、66颗天基接入节点的天地一体化网络仿真场景,并对卫星链路延时、数据分组丢失率及卫星网络的吞吐量进行测试,相对于传统方法,仿真的卫星链路不仅具有高逼真性,而且具有高通量优势。     

天地一体化网络地面核心网基于5G网络切片的设计与实现

针对天地一体化网络地面核心网组网灵活性不足和资源利用率低的问题,提出了采用5G网络切片技术的架构设计方案,并基于Docker平台实现了原型系统.在原型系统上加载了IM S多媒体通信、物联网信息采集和上网下载3种切片业务进行测试,结果表明,不同网络切片可以根据服务的性能要求灵活地分配网络资源并独立提供服务,相关设计方案能...     

天地一体化信息网络宽带用户行为仿真技术

天地一体化信息网络结构复杂、协议多样,必须构建相应的仿真平台对各种新技术、新方案进行实验、验证。为克服仿真规模、逼真性与计算开销的矛盾,采用虚拟化、云计算相结合的分布式仿真方法,搭建了涵盖天基骨干网节点、Ka/Ku通信卫星以及地面用户在内的天地一体化宽带用户仿真场景;针对网络中宽带用户数量大、行为多样、并发通信高等特点,研发了基于模型驱动、参数可配置的高并发用户行为仿真方法。实验证明,该仿真方法可实现宽带用户接入卫星网络的仿真场景,以及基于模型驱动的典型宽带用户行为的多样化仿真,且仿真规模可达10万级用户并发,可有效满足天地一体化信息网络仿真评测的需求。     

天地一体化网络关键技术研究综述

作为地面网络的补充和延伸,卫星网络有助于加速弥合区域间的数字鸿沟,扩展地面网络的覆盖和服务范围.然而卫星网络拓扑动态性高、传播时延大、星上计算能力和存储能力均受限,因此实现卫星网络与地面网络的有机融合,构建覆盖全球的天地一体化网络面临路由扩展性、传输稳定性等技术挑战.针对天地一体化网络的研究挑战,从网络架构、路由、传输和基于组播的内容分发等方面介绍了国内外的研究现状,并展望了天地一体化网络的发展趋势.     

空天网络安全切换技术研究综述

空天网络是天地一体化信息网络建设的重要组成部分,存在着网络高度暴露、节点高速运动、计算资源受限以及链路间歇连通等特点,给信息安全技术在空天网络的应用带来挑战,特别是节点的高速运动而带来的安全切换问题是实现节点可信保持、确保业务连续性的关键。在对空天网络切换分析的基础上,对空天网络节点的安全切换进行研究、分析与归纳,契合空天网络切换流程划分了安全切换的阶段过程,从切换感知、接入基站选择、切换认证等三个阶段阐述了当前的研究进展,给出了对比分析。最后对空天网络安全切换关键技术进行了总结,并对技术研究进行了展望。     

天地一体化网络认证机制性能定量分析方法

在天地一体化网络中,为保证节点身份的合法性,需要对节点进行接入认证及切换认证。但是,认证机制的实施将会影响网络性能,因此该文对各种认证组合方案的整体性能进行量化分析。建立天地一体化网络认证与节点通信模型,定义了6种认证协议,给出了4种典型的认证组合方案。定义了平均认证时延与平均认证开销两种性能评价指标。给出了单次认证时延、单次认证开销、认证与切换概率的计算方法。在不同接入持续时间及接入到达率条件下,对各种认证组合方案的性能进行了量化分析。     

基于移动Agent的双层卫星网动态路由算法

新一代LEO/MEO卫星体系结构成为当今卫星网通信研究的热点。结合移动Agent技术解决卫星网动态路由问题,在LEO／MEO卫星网平台上构建了核心层功能,并较好地处理了受复杂的星际链路切换影响的数据包转发。在OPNET仿真软件下模拟了卫星节点受算法工作的影响,结果表明,卫星处理数据包时延在理想性上处理能力和合理的链路容量条件下是可以接受的,且数据包端到端时延是较小的。     

软件定义天地一体化网络接入认证架构与方法

天地一体化网络因结构复杂存在网络异构动态、间歇连通、节点高度暴露等特性，为了保证安全，需要研究专有的接入认证架构与方法。首先利用软件定义网络控制面与数据面分离的思想将它与天地一体化信息网络相结合提出一种新的接入认证架构，对认证架构与过程进行详细描述，可以实现对网络的安全防护与资源的优化控制。然后根据架构特点，提出7个影响接入点决策的属性，给出各个属性的计算公式，将层次分析法与逼近理想解的排序方法相结合提出一种接入点决策算法，实验仿真结果表明接入点决策准确，可以实现资源的合理利用。     

天地一体化智能网络节点静态处理与缓存策略

天地一体化智能网络中的卫星节点具有计算、存储和传输能力,将内容副本缓存至传输路径上的卫星节点可提高网络缓存收益。针对卫星节点移动导致的路径改变问题,设计基于虚拟位置的卫星节点静态处理机制,先设定卫星的虚拟位置节点,再将内容副本提前向虚拟位置节点同一轨道的后方卫星节点进行缓存。在此基础上,提出基于ProbCache的轻量级分组缓存策略PBP,对路径节点进行分组并划分组内缓存区域,同时按照内容副本流行度阈值实现缓存位置迁移,使得流行度高的内容副本缓存至离请求节点近的区域。实验结果表明,与ProbCache、LCE和LCD等策略相比,PBP策略能有效降低缓存开销及提高内容副本的缓存命中率,具有更好的卫星网络传输性能。