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。     

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...     

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。     

基于云平台的高逼真链路仿真研究

针对Open Stack云平台不能准确仿真虚拟链路性能参数的问题,提出高逼真链路仿真方法。通过多粒度虚拟化技术仿真虚拟网络节点,基于软件定义网络构建虚拟网络节点间的虚拟链路。根据虚拟网络节点间通信所处的计算节点位置不同,分别实现宿主机内和跨宿主机间的链路仿真,从而支持虚拟链路中带宽、延时、丢包率性能参数的灵活配置与自动化部署。实验结果表明,该方法能够准确地对虚拟链路性能参数进行仿真,并且提高链路仿真的逼真度。     

面向空天地一体化信息网络的边缘计算资源融合管理方法

随着空天地一体化信息网络的建设与发展，无线网络的全球无缝覆盖与泛在的人工智能成为了可能.卫星与无人机作为天基边缘计算节点，辅助地面设备完成各项任务，成为6G网络中的重要应用场景.当前针对卫星、无人机边缘计算的研究处于起步阶段，这些研究在边缘计算服务模式及实际应用方面仍有待进一步深入.单个卫星或无人机的计算能力薄弱，通常难于独立提供较复杂的数据处理服务.现有资源管理算法通常需要多轮博弈才能收敛，难于满足空天地一体化场景中资源管理方法快速收敛的需求.针对以上挑战，本文在天算星座边缘计算服务场景基础上，对空天地一体化网络中天基资源的服务模式进行了分析，提出了组合及聚合两种计算服务融合方式.本文将天基边缘计算资源的管理建模为两阶段的斯坦科尔伯格博弈模型，提出了分布式混合动态迭代算法与分布式分组动态迭代算法，加快了博弈过程的收敛速度.本文基于分布式场景构建了仿真实验，并在典型参数设置下对算法性能进行了分析.仿真实验结果表明：在两种不同服务模式下，本文提出的方法能够使空中边缘计算节点与用户设备获得最大收益;相比近年相关研究，本文所提方法的收敛时间能够缩短60%以上.     

基于数据链路优化裁决与网络预编码的WSN MAC优化算法

无线传感器网络数据链路层协议难以预测数据汇聚链路,且未引用预编码机制,导致其存在严重传输抖动。为此,提出一种新的无线传感网MAC优化算法。结合链路探测时间及网络链路接收信号强度指示器值的方式构建瞬时搜寻窗口,通过该瞬时搜寻窗口对当前网络链路状况进行匹配及评估分组投递情况,从而提高其对突发链路波动异常的反馈速度。基于评估链路稳定性,定义数据传输规则,采取自适应匹配实现在瞬时搜寻窗口内的数据稳定传输。引入网络预编码,改善网络节点及链路的利用效率,优化数据传输流程,有效增加数据链路节点的编码机会,以减缓网络中的流量峰值对中继节点的影响,实现网络数据在MAC层中的高效稳定传输。测试结果表明,与MAC算法进行对比,该算法具有较高的单位时间数据吞吐率,且拥塞节点数量更少,数据分组投递延时水平更低。     

基于地址解析的网络节点数据防攻击协议仿真

网络节点受到攻击产生数据泄漏,需要进行防攻击协议设计,提出一种基于地址解析的网络节点数据防攻击协议。设计网络节点分布模型及信道解析模型,采用网络节点链路均衡配置方法设计数据转发控制协议,分布网络节点并部署最优节点。进行节点输出信道的波特间隔均衡控制,构建网络链路转发的信道调制模型,实现地址解析优化下的攻击特征提取,根据地址解析结果,实现对动态无线传感网络的攻击节点的快速定位和攻击检测。仿真结果表明,采用该方法进行网络节点数据防攻击协议设计,提高了节点的数据包转发能力和吞吐量,网络节点数据安全传输性能较好,抗攻击能力较强,提高了网络的安全性。     

基于SDN和虚拟拓扑的天基网络路由算法

针对天基网络的时变拓扑结构给网路管理和路由设计带来的难题,综合考虑GEO卫星和LEO卫星的优势,建立了一种基于软件定义网络(SDN)架构的天基网络模型,提出了一种基于虚拟拓扑的包含必经节点的天基网络路由算法(VTPN)。通过改进时间片划分策略,提高了计算效率,通过必经节点的设定,改善了链路拥塞问题。仿真结果表明:SDN架构下的VTPN算法与其他算法相比,网络链路利用率和负载均衡性能提高了约50%,丢包率降低了约20%。     

天地一体化网络中基于预认证与群组管理的安全切换方案

针对天地一体化网络中卫星节点高速移动过程的卫星接入点频繁切换问题,利用卫星轨迹可预测的特点,提出了基于组的多移动节点安全切换方案。该方案针对网络中卫星节点和地面移动节点的移动特性,对多移动节点切换过程中的交互信息进行有效汇聚;利用卫星节点运动轨迹可预测的特性,提前通过安全上下文完成预认证与会话密钥协商。和已有方案相比,所提切换方案在保证切换所必备的安全性的同时,显著减小了切换延时以及认证和密钥协商过程中节点的通信、计算负担,适用于卫星节点能量受限的天地一体化网络环境。     

一种基于数据汇聚的传感器网络链路报文丢失率推测算法*

提出一种基于数据汇聚的传感器网络链路报文丢失率推测算法,利用在汇聚节点观测到的父子节点报文接收数量的差异,通过简单的数值计算快速地推测逻辑链路的报文丢失率。仿真结果与理论计算结果相比表明,算法能够较准确地推测出逻辑链路上的报文丢失率,实时性好。     

基于一致性时钟同步方法的天基时频同步网建模与仿真技术研究

以卫星网络为核心的天基信息网络是现代通信网络的主要发展方向,卫星网络的高精度时频同步是天基信息网络正常运行的基础,也是卫星应用研究必不可少的前提条件;针对天基信息网络的时频同步问题,对基于一致性时钟同步方法的天基时频同步网建模与仿真技术进行了研究,通过相邻卫星节点建立的星间测量链路,实现了高精度时钟同步;进行了天基时频同步网建模与仿真系统的需求及功能组成的分析,完成了卫星网络场景仿真以及一致性时钟同步方法的仿真,仿真结果表明,逻辑时钟的时间偏差优于0.1 ns,相对频率偏差优于1e-10,时间间隔误差优于0.1 ns,时钟偏差优于10 ps@1000 s,阿伦方差优于1e-15@1 h。     

空间信息传输模型设计

空间信息传输是空间信息获取和应用的纽带。空间信息传输模型是空间信息系统仿真应用中的关键环节之一,它包括了通信卫星模型和链路模型,链路模型包括星间链路和星地链路。论文分析了通信卫星模型和链路模型的特点,阐述了模型设计的主要思路。论文分析并计算了通信卫星实体的空间位置和速度属性,设计了通信卫星对空间通信节点和地面通信节点的覆盖计算模型,对空间链路和星地链路的可通性、误码特性和传输时延等主要指标的计算进行了描述。文中各模型均按照HLA思想设计,具有可重用性,可应用于多种模拟系统。     

<Emphasis Type="Bold">Ppssm:push/pull smooth video streaming multicast protocol design and implementation for an overlay network</Emphasis>

IP multicast is one of the best techniques for video streaming on the Internet. It faces issues with respect to address allocation, routing, authorization, group management, security, and scalability. By default, local Internet Service Providers did not enable IP multicast services, because of the cost incurred in using multicast-enabled routers. To solve these issues some of the IP layer functionalities have been shifted to the Application Layer, thus leading to Application Layer Multicast (ALM) protocols. However, ALM protocols face issues related to synchronous data delivery, scalability, link stress, link stretch and node failures. Some of the existing protocols are CoolStreaming, and mTreebone. A novel ALM protocol based Push/Pull Smooth video Streaming Multicast (PPSSM) protocol is proposed in this paper, to increase the throughput and reduce the packet loss rate. The PPSSM protocol involves three stages, such as tree-mesh construction, dynamic buffer management and network coding techniques. In the tree-mesh construction, a tree consists of stable nodes and a mesh consists of unstable nodes. The proposed PPSSM optimizes the stable nodes in the tree, which minimizes or eliminates the pull operations from the unstable mesh overlay nodes, by exploring the potential of the stable nodes. Dynamic buffer management is achieved by setting the optimal buffer threshold value, using the optimization of the sensitivity parameters, such as packet loss and packet workload/delay by the Infinitesimal Perturbation Analysis and Stochastic Approximation algorithms. In addition to the tree-mesh construction and buffer management, the introduction of the network coding technique will enhance the throughput and minimize the packet loss and delay. Finally, the performance of the proposed PPSSM protocol is compared with those of CoolStreaming, and mTreebone, and it shows improvement in respect of throughput, packet loss, and average decoding time.     

Packet synchronization for synchronous optical deflection-routedinterconnection networks

Deflection routing resolves output port contention in packet switched multiprocessor interconnection networks by granting the preferred port to the highest priority packet and directing contending packets out other ports. When combined with optical links and switches, deflection routing yields simple bufferless nodes, high bit rates, scalable throughput, and low latency. We discuss the problem of packet synchronization in synchronous optical deflection networks with nodes distributed across boards, racks, and cabinets. Synchronous operation is feasible due to very predictable optical propagation delays. A routing control processor at each node examines arriving packets and assigns them to output ports. Packets arriving on different input ports must be bit wise aligned; there are no elastic buffers to correct for mismatched arrivals. “Time of flight” packet synchronization is done by balancing link delays during network design. Using a directed graph network model, we formulate a constrained minimization problem for minimizing link delays subject to synchronization and packaging constraints. We demonstrate our method on a ShuffleNet graph, and show modifications to handle multiple packet sizes and latency critical paths     

WMN中的干扰避免部分重叠信道分配算法

针对无线mesh网络(wireless mesh networks,WMN)中存在的信道干扰问题,提出一种基于部分重叠信道(partially overlapping channels,POC)的负载平衡且干扰避免的信道分配算法。通过基于Huffman树的通信接口分配方法连接邻居节点的接口;根据网络干扰情况,对链路进行迭代信道分配,使用静态链路调度保证网络连接;利用启发式算法优先为重要程度较高的链路分配无干扰时隙,对链路调度进行优化。仿真结果表明,在具有混合流量的WMN中,所提算法可以显著提升网络吞吐量,降低网络干扰与平均丢包率,改善网络性能。     

基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由算法

针对NDN卫星网络内容传输时延高、丢包率高且请求命中率低的问题,提出了一种基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由算法,并命名为SNMcRA。基于SDN的集中控制与全局视图,通过建立多约束路由模型,将链路多约束信息与蚁群算法相结合以求解满足时延、带宽、丢包率多约束的代价最小路径,由节点在包转发的过程中动态完成转发表FIB和待定请求表PIT的构建。实验结果表明,该算法与DSP算法相比时延降低了35%,带宽利用率提升了29%,丢包率降低了17%,并且在请求命中率方面也具有显著优势。     

基于确定性网络的网端一体流量交换机制

低轨卫星通信系统不受地理条件限制,相比于地面通信有覆盖范围广、运维成本低、部署周期短等优点,因此逐渐受到人们的关注;但对于低轨星座来说,拥有众多卫星节点的无线多跳网络,总传输和处理时延明显增大;确定性网络是近几年工业界新提出的一种网络技术,可以解决传统传统网络有关丢包和时延相关的需求,这与低轨卫星网络的需求相同;研究了地面网络确定性网络的关键技术和卫星网络的相关特征,将确定性网络技术应用到低轨星座,将ATS异步流量整形算法应用到星地间流量控制上,提出一种星载交换机制,优化了星载交换机的资源使用和丢包;借助NS3软件仿真了相关场景,并对结果进行分析,在多个仿真场景中均优化了星上资源利用,缓解了拥塞问题,在最优参数场景下实现了0丢包,吞吐量有5%以上的提升。     

分组无线网缠绕多路径数据路由协议仿真

在分组无线网的路由协议中,传统路由协议在恶意节点数目较多时网络吞吐量较低,因此提出一种分组无线网缠绕多路径数据路由协议,利用获取的源节点数量信息与位置信息进行路由发现;根据路由发现结果建立从汇聚节点至源节点之间的路径,从而建立缠绕多径路由;对缠绕多径路由进行建簇与重构;进行支路径数优化,从而实现分组无线网缠绕多路径数据路由协议的构建。为了验证上述路由协议的网络吞吐量,将路由协议与基于链路状态的主动式多路径路由协议、基于动态源的按需式多路径路由协议、基于距离矢量的混合式多路径路由协议进行对比,上述四种路由协议在恶意节点数目为30时的网络吞吐量分别为69.5%、33.5%、23.6%、4.2%,通过比较可知,新提出的路由协议的网络吞吐量最高,证明了新路由协议的性能。