背景流量仿真及其在卫星网络性能分析中的应用

研究表明网络流量具有自相似特性,而自相似网络流量的生成是网络性能分析的一个关键环节,为此设计了一种生成网络背景流量的方法。在VC++环境中对该方法进行了仿真,验证了其有效性。进一步将该方法应用于卫星网络仿真,对卫星网络端到端的延迟进行了初步分析,结果表明网络流量的突发特性影响着卫星网络的性能,这是在进行卫星网络路由优化与流量分配时需要考虑的因素。     

基于GEO/MEO星座的卫星网络抗毁结构研究

设计并分析了一种基于链路冗余与修补方法的双层抗毁卫星网络。通过对网络中MEO星层进行基于快照周期的分群管理和群首备份选择机制,从星座组网结构方面提高卫星网络的抗毁性能;通过设计网络结构中群内、星层以及整个星座的通信链路,特别是对星座中MEO星层的通信链路进行充分的冗余设计,以及启用视距范围内间隔失效卫星间次相邻卫星节点链路连接的链路设计,从星座网络的通信链路上提高整个卫星网络的抗毁性能。最后对所设计的卫星网络的结构性能进行了简要分析。     

基于合作博弈的认知卫星网络信道分配与上行功率控制算法

随着通信业务需求的不断增长,频谱资源的有限性使得卫星通信网络和地面网络都面临着严重的频谱危机。认知无线电技术的出现,使得卫星网络与地面网络共用频率资源以提升网络效用成为可能。文中对认知接入分配给地面网络作为主用户的同一频谱资源的认知卫星网络的功率控制和信道分配问题进行了研究。根据卫星网络和地面网络的特性构建了合理的系统模型,并利用中断概率门限表征了信道估计误差对系统容量的影响。为了保护主基站的通信性能,在考虑信道估计误差、信道资源约束、认知卫星用户最大发射功率和微波基站干扰约束的条件下,根据议价博弈理论设计了优化函数。其次,根据凸优化理论推导了最优发射功率和信道分配的闭式解,并在此基础上设计了一种对偶迭代算法来求解该优化问题。最后,根据卫星网络的特性设置了合理的网络参数,并根据参数利用Matlab仿真平台对提出的算法进行了仿真实验。仿真结果表明:所提方法在不同到达速率的条件下均具备良好的收敛性;信道估计误差会降低网络的总容量;所提方法在波束数多于15个时,相比比例公平性算法容量提升超过50 bps/Hz,相比最大容量法公平性能提升超过一倍,因此,相较于这两种方法,该方法能在系统容量和用户间公平性之间获得较好的折中。     

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。     

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。     

LEO卫星网中基于地理位置的分布式动态路由算法的研究

LEO卫星网络中进行信息交换，首先要解决的就是星际链路网络上路由问题，而运行于地面网络的路由算法，在卫星网络中并不适用．将针对LEO卫星网络星际链路的特点进行深入研究，提出一种新型的符合LEO卫星网络拓扑高速变化等特点的基于地理位置的分布式动态路由算法，并构建地面网络对该算法和现在流行的路由算法的性能进行仿真验证和比较，证明我们提出的新型动态路由算法能适应LEO卫星网络环境，能够提供较好的通信质量，就有较短的通信时延．     

面向卫星网络的延迟监测算法及仿真实现

研究测量分析网络内部链路延迟特征对了解网络行为至关重要,但当前地面网络延迟监测算法应用于卫星网络时存在诸多不准确问题,为此提出了一种面向卫星网络的延迟监测算法,它结合主动监测和被动监测的优点,采用统计分析方法测量卫星网络系统的报文流延迟分布特征。通过理论分析证明了算法的数学基础,并在网络仿真软件NS2下通过高、低轨道卫星网络模型对算法进行了仿真实验,实验结果表明,算法能够在较小的开销下解决卫星网络的延迟推测问题。     

基于NS-2的航空器通信仿真模块的设计与实现

网络仿真器NS-2在空间通信网络研究中得到越来越多的应用.深入分析了NS-2中卫星网络结点和卫星链路仿真模块的特性.在分析卫星网络基本仿真原理和方法的基础上,以航空器通信仿真为例,给出了NS-2核心仿真模块的扩展方法,实现了航空器通信仿真模块.仿真实验研究分析了航空器的飞行对航空器与卫星之问链路切换特性的影响,证明了航空器通信仿真模块扩展方法的可行性和有效性.     

卫星网络建模与分布式仿真

卫星网络仿真是对卫星网络进行优化设计、性能分析、效能评估的有效途径.针对卫星网络的组成结构和运行特点,建立了卫星网络的节点模型、结构模型、链路模型和通信模型.在此基础上,基于HLA/RTI体系设计并实现了分布式卫星网络仿真系统,详细给出了各联邦成员的设计.该仿真系统通过编辑想定方案可灵活部署网络结构并能仿真星间、星地链路的通信过程,为仿真验证面向应用的卫星网络理论研究成果提供了一个通用的支撑平台.最后给出了一个3GEO 15MEO想定场景下的仿真结果,验证了模型的正确性和有效性.     

LEO卫星网络中安全协议的建模与性能分析

在分析低轨（LEO）卫星网络的通信过程和几何特性的基础上,建立LEO卫星网络在全双工通信模式下的随机Petri网（SPN）模型,采用SPNP6．0软件,针对2种安全协议IKE和ISAKMP的野蛮交换模式,以及空间通信协议规范SCPS—SP,分析卫星网络的平均时延并进行了模型仿真。     

分布式卫星链路仿真系统的设计与实现

随着卫星网络技术的发展,对于卫星组网协议的研究越来越多。由于卫星设计生产周期长、费用高,设计构建可控制、可重现的仿真实验环境是一种重要的协议研究手段。本文提出了一种面向卫星星座的天基无线网络链路仿真系统的分布式体系结构,对卫星通信中带宽、时延和误码率三个重要参数进行了仿真,解决了分布式链路仿真中的虚拟多链路、链路属性建模等关键技术,并且实现了一套原型系统,对其链路仿真能力进行了验证。     

基于链路特性的卫星网络拓扑更新周期研究*

针对卫星网络拓扑更新时隙划分问题,提出了一种基于链路特性的卫星网络拓扑更新周期估算方法。首先对卫星网络拓扑更新周期进行建模,分别建立了卫星覆盖时间模型、链路长度特性模型和卫星网络拓扑更新周期估算模型;然后通过对不同星座卫星的仿真验证了此方法的有效性。该方法综合覆盖时间、时延抖动和链路长度特性三个因素对网络拓扑更新周期进行估算,提供了从链路特性到网络拓扑再到路由计算的研究视角,并通过网络拓扑这个桥梁将链路特性和路由计算连接起来,使其成为有机整体,对卫星网络的有效设计有一定的指导意义。     

一种评估LEO卫星通信网络抗毁性的新方法研究

抗毁性是低轨卫星通信网络的重要属性,评估卫星网络抗毁性对卫星网络结构设计具有重要意义.针对低轨卫星网络的特点,在对复杂网络抗毁性的研究基础上,建立以自然连通度为基础的卫星网络抗毁性测度指标,利用STK/Matlab仿真工具分析卫星网络的抗毁性.实验分析表明,仿真结果可以有效评估卫星网络抗毁性大小.     

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。     

基于STK和OPNET的LEO/MEO双层卫星网络路由协议仿真研究

首先用STK仿真得到较优的星座参数,确定卫星网络的物理架构.再根据LEO/MEO双层卫星网络的特点设计路由协议,使各层卫星的负载分配合理,路由表的计算和更新能适合卫星节点的性能和卫星网络拓扑的动态变化性.最后在OPNET中实现卫星网络从物理层到网络层的仿真,主要工作是在进程域中设计进程模块以实现网络层的协议,从而完成仿真平台的设计.     

基于HLA的卫星通信链路分布式仿真的研究

该文首先对HLA进行了概述。其次介绍了卫星通信链路仿真系统的功能,该功能是由10个模型构成的基础模块和应用模块实现的;在此基础上提出了一种基于HLA的卫星通信链路分布式仿真系统的设计框架,构建了由11个联邦成员组成的卫星通信链路仿真联邦,并较为详细地阐述了仿真系统的联邦成员的设计和联邦成员间信息交互的设计,给出了联邦成员间信息传递关系的示意图,较好地解决了仿真系统各功能模型的同步、并行运行的问题;最后通过仿真得出了有关结论,为卫星通信链路、通信网络的设计与性能评估奠定了基础。     

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。     

卫星星座设计仿真软件综述

卫星星座的发展具有数量规模越来越大、网络功能多种多样、网络构成种类复杂的趋势，对星座设计和仿真提出了更高的要求。因此本文从卫星星座设计过程中，确定星座构型和设计星座网络这2个关键步骤出发，对现行的卫星星座设计软件和网络仿真软件进行了深入介绍和比较。从软件功能、软件特性以及软件对于卫星星座的支持程度这3个角度进行分析和比对。最后得出2套通用性较强的仿真方案：基于Linux平台的ns-3(Network Simulator 3)与SaVi(Satellite Constellation Visualization)，有更好的灵活性和开放性，且免费、开源；商用软件OPNET Modeler与STK(Satellite Tool Kit)，功能模型库更加强大，图形界面完善，易于快速开发和使用。在目前的软件开发条件下，这2种方案能够较好适应星座的仿真设计需求。     

卫星网络管理仿真研究

基于卫星网络半实物仿真环境的结构和特征,设计了卫星网络管理仿真系统的体系结构;针对卫星网络管理系统必须兼容现有SNMP设备的需求,设计了半实物仿真系统中卫星网络管理协议与SNMP协议的转换机制;最后给出了卫星网络管理仿真系统的数据流程实现。     

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。