低轨道卫星通信及综合利用

本文概述了卫星通信的发展趋势,特别是低轨道卫星通信的优点及世界各国的发展动向。按照低轨道卫星的运行规律,经过计算给出了LEO卫星通信系统的一些重要参数,如轨道参数、卫星寿命、覆盖区域、传输时延、用户每次可通信时间和每天可通信次数等。简要地叙述了LEO卫星通信业务的质量要求,并就LEO卫星的综合利用提出了多种可能性。我国应当抓住机遇,有效地发展LEO卫星通信及其综合利用。     

基于空间光链路的双层卫星网络路由算法研究

在分析传统多层卫星网络路由算法的基础上,提出了一种基于空间光链路传输的双层卫星网络结构及其相应的基于拉格朗日松弛算法的LDSR算法。该结构根据空间光链路的特点及双层卫星网络的优势,在考虑适合该体系接入策略的同时提出将MEO作为天基网接入域的组成部分,由MEO星座进行路由信息的会聚及分发业务,同时LEO卫星则基于拉格朗日松弛算法来确定其选用的路由并预留带宽。仿真结果表明,该算法可以在充分利用卫星网络的通信容量的同时提供较好的QoS路由性能。     

北斗卫星系统在空间飞行器天基测控中的应用研究

鉴于北斗卫星系统在空间信息传输中的重要作用,结合我国空间飞行器发展现状及应用需求,对基于北斗卫星系统的空间飞行器天基测控技术进行研究。介绍了北斗卫星系统组成及应用前景,论述了天基测控技术在提高空间飞行器测控能力方面的巨大优势及国内外天基卫星资源的建设及发展现状,给出了基于北斗卫星的空间飞行器天基测控系统组成模型,并结合北斗卫星系统特点及空间飞行器特殊应用需求初步梳理了北斗卫星应用于空间飞行器天基测控需解决的“扩展服务接入”、“高速数据传输”、“信息安全传输”三项关键技术,最后通过北斗卫星通信链路试验表明性能指标满足空间飞行器天基测控需求。     

低轨道卫星星座网络路由研究

拓扑时变性、承载业务分布不均衡以及星上资源有限,使得设计新的低轨道卫星星座网络路由算法迫在眉睫.如何设计简单、高效的低轨道卫星星座路由成为当前卫星网络研究的热点问题.深入剖析了LEO卫星网络的特点,从几何模型、切换以及星上处理能力三个视角出发,分类综述了LEO卫星路由算法,阐述了各类路由的典型算法,讨论了每种算法的优点和适用环境,剖析了其中存在的问题,并对它们进行了综合对比.最后指出了LEO卫星路由算法进一步的研究方向.     

基于QoE感知的中继卫星带宽资源分配方法研究

为改善数据中继卫星的带宽分配对负载传输效率的影响，提出了一种基于用户体验质量QoE感知的中继卫星带宽资源分配方法。考虑到空间信息网络高动态链路情况下传输的可靠性，建立基于多个静止同步轨道卫星协同接入模型，研究了低轨道用户卫星进行多路数据上传的优势特点。通过设置链路效能函数，其将用户QoE满意度量化为链路反馈和链路成本，并用库恩塔克方法求解，实现最大化系统效能和带宽公平分配。研究结果表明，与Load-Balancing和Best-SNR-First方法相比，该方法不仅保证了用户QoE满意度，还提升了网络的接入性能。     

一种基于改进蜂群算法的网络重构技术

空间信息网络在给定拓扑结构和资源受限的情况下,卫星节点间如何优化链路选择,重构网络拓扑结构,使得升级后的空间信息网络具有良好的抗毁性,是非常具有研究价值的问题.本文针对空间信网络拓扑重构问题,综合考虑卫星节点之间的可见性、可连通时间和可连通度等约束条件,建立了卫星网络拓扑链路模型和节点模型并提出基于改进蜂群算法的空间信息网络拓扑重构算法.仿真实验表明,该算法在资源受限的情况下,能够兼顾改善网络的有效性和抗毁性,有效延长网络的生存时间.     

空间信息网络协议体系分析

随着我国航天活动和空间探索工程的逐步开展,已有的空间信息传输方式已不适用于未来复杂空间操作,我国建立空间信息网络对国防和军队信息化建设意义重大.文中介绍目前国际上研究和应用的四种空间信息网络协议体系:基于CCSDS的协议体系、基于TCP/IP的协议体系、将CCSDS与TCP/IP结合的协议体系、基于容延迟/中断网络的协议体系.介绍这些协议体系架构、协议组成和功能,并进行分析和比较,总结出这些协议体系用于空间信息传输的优势和待解决的问题.     

基于分簇空天信息网络节点接入认证机制研究

相较于传统地面网络,开放性更强的空天信息网络存在卫星节点接入认证与密钥更新难等安全问题.针对以上问题,着重研究了导航卫星系统中网络节点的接入互信认证机制,并提出了一种基于分簇空天信息网络的轻量级接入认证方案.安全分析显示,所提方案能够有效抵御空天信息网络中身份假冒、消息重放、中间人攻击等多种典型安全威胁.实验结果表明,卫星节点在接入认证过程中所需计算开销更少,能够实现导航卫星系统在资源受限条件下的安全组网认证.     

基于AHP的分布式星群接入策略研究

分布式星群网络是打赢未来信息化战争的有利武器,星群的接入技术对于提升我国空天信息获取能力具有重要意义。针对分布式星群网络高动态拓扑导致资源利用不充分的问题,提出了一种基于层次分析法的分布式星群网络接入策略。该接入策略首先是利用层次分析法动态计算资源利用率各指标权重;其次是根据各卫星节点的实时资源情况,动态调整资源利用率的权重。仿真表明,该接入策略降低了分布式星群网络的新呼叫阻塞率和强制中断率,有效地解决了星群网络资源利用率问题,提高了星群网络群内业务分配的合理性。     

基于SIG框架的上海城市空间信息应用服务系统的体系与实现

基于空间信息网格SIG框架的上海城市空间信息应用服务系统中城市空间特征、绿化、环保、水系、土地、道路网络等各类城市空间信息资源分布在网络的不同节点上；建立了集中的元数据库提供相关数据的描述信息；以分布在不同节点上的GIS Web Service提供空间数据处理服务。平台以门户网站的方式提供元数据检索，利用检索结果获取分布式的各类空间信息数据资源；提供空间数据处理网络应用程序，调用GIS Web Service，提供格式转换、坐标转换、地图综合、空间分析等空间数据处理功能；提供GIS Web Service的搜索和注册。此平台已经在上海公务网中实际运行。     

低轨卫星网络中的防窃听网络编码研究

针对低轨卫星网络中传输容量低、数据易被窃听等特点,构造一种适合于低轨卫星网络的防窃听网络编码方案。该方案中,信源、信宿卫星利用LFSR分别生成加密矩阵和解密矩阵对数据进行加密,中节卫星对收到的数据进行编码并转发。结果表明该网络编码方案在低轨卫星网络中能够达到弱安全,同时提高网络容量的利用率。     

低轨卫星物联网体系架构分析

物联网的出现深刻影响人们的生活和工作方式，然而地面物联网无法实现全球覆盖，低轨卫星凭借广覆盖的优势可以实现全球的无缝覆盖，从而大大拓展物联网的覆盖范围。分析卫星移动通信网和地面物联网的体系架构，在借鉴它们的基础上对其不适应性进行改造，提出一种低轨卫星物联网的体系架构，分析它的星座设计、系统组成、网络架构以及传输体制。     

基于SDN的TDMA体制星间网络架构设计

TDMA(时分多址)体制的导航星间网络既可以实现导航测距,也具备较高的数据传输速率,具有较为广泛的业务适应能力;然而,TDMA体制的星间网络系统也存在着星上处理复杂与卫星节点处理能力低的矛盾;借鉴SDN(软件定义网络)将网络系统控制层面与数据层面相分离的思想,在TDMA体制的星间网络中引入SDN技术,设计了基于SDN的TDMA体制星间网络架构,将控制功能从卫星节点抽离出来,使其可以专注于星间数据转发,控制管理信息主要由卫星地面站(后续为高轨道卫星)扮演的SDN控制节点制定并分发,从而简化了卫星的业务负担,同时可以借鉴成熟的地面网络技术制定高效的控管策略;对所设计架构的主要的控管流程进行了仿真模拟,仿真结果表明,该架构具有一定的可行性。     

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。     

一种空间信息网络缓存决策策略

针对空间信息网络（space information network,SIN）中卫星节点缓存容量有限,且卫星高速移动使得星间链路时变,导致地面用户内容访问延迟增大的问题,提出一种基于人工蜂群算法的空间信息网络缓存决策策略（satellite improved artificial bee colony,SIABC）。首先根据低轨卫星节点链路切换的周期性和可预知性,建立网络分区模型,对空间信息网络的卫星节点进行分区,在此基础上,建立区域节点协作缓存模型,使得整个网络区域内的卫星节点有选择性地缓存不同流行度的内容,同时兼顾区域内节点的协作缓存,从而流行度高的内容缓存在网络边缘。仿真结果表明,与现有缓存机制相比,该缓存策略能够明显提高内容的平均缓存命中率,并显著降低用户的内容访问时延。     

论高速接入网技术

光纤通信技术的发展使单根光纤的数据传输能力提高了6个数量级,为高速骨干网络的发展奠定了通信技术基础。但是,接入网技术的发展却相对滞后,而长期被人们视为“最后一英里”（Last Mile）或“第一英里”(First Mile)问题。接入网是指从骨干网的边界节点（接入节点）到用户计算机之间的网络部分,它是OSI/RM中由中继系统（Relay System）或中间系统（Intermediate System）组成的通信子网的重要组成部分。因此,它可能涉及OSI的物理层到网络层的三层技术。对高速接入网技术的讨论中,部分地涉及了数据链路层技术,但主要是讨论物理层通信技术;重点介绍了有线接入技术,而对无线接入技术的讨论,仅限于目前使用较少但却极具应用前景几种高速无线通信技术（自由空间光通信、制导灵敏激光束通信和超宽带通信）。最后总结了未来高速接入网通信技术发展的特点将表现为：多样化、高传输速率、远传输距离和低综合成本。     

基于二分图的两级动态异构网络选择方案

通信技术的发展,使多种接入技术并存的异构网络成为未来通信网络的发展趋势,随着用户业务QoS需求的提高和传输带宽的增加,现有的网络选择算法已经不能满足用户高质量的通信需求。针对异构无线网络频谱资源日益紧缺的问题,提出了由用户端和网络端共同参与的两级动态网络选择方案。该方案包括灰度关联分析法和二分图联合优化匹配算法,通过用户端和网络端的共同决策,算法在有效满足移动用户业务服务质量需求的前提下,优化了系统吞吐量,均衡了网络负载。仿真实验表明,相对传统算法,该方案极大地提高了异构网络频谱资源利用率并降低了用户在无线网络间的切换概率,实现了用户需求和网络资源的合理配置。     

一种用于MEO/LEO卫星网络管理的分簇算法

卫星网络是一种新型的无线网络形式,可以看作是一种特殊的ad hoc网络。但由于其本身具有的特殊性质,现有的无线网络管理协议不能高效地应用于卫星网络中。通过引入ad hoc网络中分簇的概念,提出了一种适用于MEO/LEO卫星网络管理的基于地理信息辅助的分簇算法。簇首及管理员由MEO卫星担任,管理代理设置在LEO卫星之上。LEO卫星轨道所处的外层空间被划分成移动的分区,根据结点的密度分区合并为簇,然后在簇内根据组合加权方式选择一个MEO结点作为簇首。该算法考虑了不同层卫星之间的相对移动性及卫星运动的规律性,明确了管理员及管理代理的设置位置,为卫星网络管理提供了一种有价值的研究方法。     

基于自相似排队模型的星上交换输入缓存分配算法

针对空间信息网络的自相似分组业务流、星上交换节点的有限缓存资源,提出一种基于自相似排队模型的星上交换输入缓存分配算法。构建了基于VOQ的空间信息网络星上Crossbar交换节点模型,依据空间信息网络业务流的自相似性,通过建立虚通道自相似排队模型,估算出各个虚通道的缓存溢出概率,再根据其溢出概率采用贪婪算法来实现缓存资源的优化分配。仿真分析了在自相似分组业务流下优化分配算法和均匀分配算法的性能。结果表明,在相同缓存开销下,优化分配算法可以有效降低分组的平均时延;在同等分组平均时延下,分组业务流自相似程度为0.8和0.6时,可分别节省缓存开销约25%和17.4%。