一种基于GEO/MEO星层组网的卫星网络抗毁路由研究

提出一种新的基于GEO/MEO星层组网的抗毁路由算法（DRRA）,基于分群管理、群首备份、链路冗余、链路修补的星座结构.在基于卫星移动的动态卫星网络中,在数据包路由抗毁、数据包路由最短延时等方面具有优势.这主要在于：①在充分考虑该卫星网络结构特点的基础上采用卫星分群管理和群首备份机制,以减少网络中冗余信息的流动和对特定中心节点的依赖;②在充分考虑卫星网络运行环境复杂与恶劣的基础上采用星间链路冗余、星间链路修补方案,以降低网络中星间链路失效和/或卫星节点失效对整个卫星网络通信性能的影响.     

具有抗毁性的导航星座网络管理策略分析

针对新一代导航星座网络建设需求,提出了一种具有抗毁性的导航星座网络管理策略。一方面基于快照周期和逻辑位置概念分析了网络的动态拓扑结构,给出了星座网络分群管理模式,特别设计了群管理者以及群首的备份选择机制;另一方面对星座中MEO星层的通信链路进行冗余设计,给出了失效链路的重构方案。最后使用STK建立仿真模型对该网络管理策略的有效性进行了演示与验证。     

双层混合卫星网络优化设计及覆盖性能评估

针对单层卫星网络抗毁能力差、处理时延高以及三层卫星网络管理复杂、链路冗余度高等问题,分别采用Walker星座和极轨星座对MEO和LEO卫星进行了组网分析和星座设计,提出了一种双层混合卫星网络优化设计方案;同时,针对传统卫星覆盖性能指标不能统一评价不同构型卫星星座的问题,提出了一种基于层次分析法模型的不同构型卫星星座统一评估模型。仿真结果表明,所提出的方案不仅能够很好地提升对中国区域的覆盖率,而且可以有效地降低平均间隙时长和平均响应时间,从而满足对中国地区全天时覆盖的总体设计要求。     

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。     

基于区块链的星间通信网络安全加密控制系统设计

目前设计的星间通信网络安全加密系统加密深度低,导致通信误码率高,无法保证星间通信网络安全;引入区块链技术设计一种新的星间通信网络安全加密系统;选择性能最优的LEO类型的卫星放置在中层的卫星网络通信轨道中,其他类型的LEO卫星则各个成为单独的卫星网络分体系,处理主体系中的杂乱通信信号;构建地面用户之间的链路关系及卫星网络链路,实现高阶层卫星通过无线电链路或光纤链路对下一阶层的卫星覆盖,完成系统硬件设计;引用区块链分布式数字化身份加密技术,通过用户使用密钥对公钥的加密保护结构图定位通信网络的状态以及通信网络的加密状态,在区块链公开性的基础上增添了用户的密钥,通过用户的独有密钥使用户使用公共的星间通信网络进行通信,实现星间通信网络安全加密;实验结果表明,基于区块链技术的星间通信网络安全加密系统能够有效提高网络安全加密系统加密深度,降低误码率。     

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。     

基于连通图的天地一体化测控通信网络仿真

以GEO,MEO,LEO卫星构建的空间异构网络为对象,结合泛在网络的异构、自组织、自愈和协同等特性,介绍了天地一体化测控通信网络的概念,建立了基于“骨干、接入”模型的多层卫星网络,探索了卫星网络被分割(不连通)情况下的测控通信网络路由技术。最后,通过OPNET仿真软件对CGR(连通图)路由算法、random路由算法和flood路由算法在不同失效节点个数情况下的网络性能进行对比分析,结果表明采用连通图路由算法的网络具有更好的自愈和抗毁能力。     

基于OPNET的星地光网络性能测试仿真平台研究

为了测试星地光网络的性能,设计了一种基于OPNET的星地光网络性能测试仿真平台。介绍了平台的总体技术架构,探讨了星间链路建立的条件。采用最大接入仰角与最长服务时间加权的方式,完成星地链路的卫星接入服务;按照切换呼叫优先的策略完成业务传输中的卫星切换服务,确保星地链路不间断的通信能力。根据最小链路代价和首次命中原则,实现星地光网络的路由与波长的动态分配。最后,利用平台的OPNET软件测试了三种星座下的星地光网络性能,测试结果表明：在LEO、MEO和GEO星座下,星地光网络的网络阻塞率分别为10%、40%和54%,平均网络时延分别为0.1s、0.07s和0.054s。测试结果对星地光网络的工程应用具有一定的指导意义。     

宽带卫星网络边界路由技术研究

在中低轨道卫星星座中,利用星间链路组网是宽带卫星网络技术发展的一个主要方向。卫星网络中的边界路由主要解决卫星网络和地面网络之间在网络层的互操作性问题,实现网络层的互相融合,使端用户能够通过异构网络来透明地通信。在分析已有研究的基础上,结合地面网络使用的边界路由技术,给出了地面网络与卫星网络的互连模型,分析了具有星间链路的卫星网络中边界路由问题的实质,并介绍了一种基于BGP4协议的卫星网络边界路由机制,进而指出了后续的研究方向。     

LEO、MEO卫星网络星间链路图两种新表示方法的提出与实现

国内外现有的LEO、MEO卫星网络星问链路图都以纯图形的表示方法给出，在卫星网络系统路由选择、系统性能分析及管理的研究中发现，图形化的表示方法难以满足分析问题的需要，尤其是当卫星数量增加和多高度卫星星座联合组网时，图形杂乱难以辨认．针对上述问题提出用抽象的图表示卫星星间链路的思想；提出了星间链路图抽象表示的原则；提出了卫星星问链路图两种新的表示方法。其一是基于极点扩张的星问链路图表示方法，其二是基于卫星轨道特征的星间链路图表示方法，并用C＋＋设计了实现这两种表示方法的软件．软件运行结果表明，卫星星问链路图两种新的表示方法切实可行、具有应用价值．     

A novel two-layered optical satellite network of LEO/MEO with zero phase factor

Optical satellite communication has advantages over the RF satellite communication in capacity, speed, secrecy and anti-interference.Space information superhighway composed of GEO/MEO/LEO satellites which are linked by optical inter-satellite links(OISL) would play important roles in communication, navigation, martial recon, remote sensing and deep space exploration.A novel LEO/MEO two-layered optical satellite network with global coverage is designed with the street-of-coverage technique.The layer of LEO s...     

基于软件定义网络的卫星网络容错路由机制

鉴于卫星网络对安全性和应对故障的能力有很高的要求，引入了软件定义网络（SDN）技术，在网络中放置中央控制器来增强网络对故障的应对能力。首先，基于SDN的思想设计了一种卫星网络模型，计算了三层轨道上卫星运行的参数并构建星座；然后，采用分层路由的方法，设计了一种针对卫星网络的容错路由机制；最后，在Mininet平台上进行了仿真实验，将容错路由算法（FTR）的实验结果与基于链路感知的星间路由算法（LRSR）和多层卫星网络路由算法（MLSR）的实验结果进行了对比。对比结果表明，在网络中无损坏节点和链路的情况下，FTR的路由总延时比LRSR平均降低了6.06%，说明了引入SDN集中控制的有效性；FTR的丢包率比同样以最小延时为目标的MLSR降低了25.79%，说明了在网络模型中为中轨道（MEO）卫星设计临时存储路由机制的有效性。而当网络中节点和链路的失效情况比较严重时，FTR的路由总延时比LRSR降低了3.99%，比MLSR降低了19.19%；其丢包率比LRSR降低了16.94%，比MLSR降低了37.95%，说明了FTR的容错有效性。实验结果验证了基于SDN的卫星网络路由机制具有更好的容错能力。     

中低轨道卫星星座网络动态特性研究

本文在介绍星间链路空间几何参数模型的基础上,从网络的角度研究了卫星星座网络的拓扑变化规律,主要是星间链路变化规律,分析了不同类型的星座模型对星间链路变化的影响。最后,结合卫星网络中的路由分析了这些变化对路由计算周期的影响。     

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.     

中继卫星与用户航天器之间星间链路的研究

中继卫星在地球同步静止轨道上运行,既能直视中低轨道用户航天器,又能直视地面站,是沟通用户航天器与地面站的桥梁。如果考虑中继卫星星座,则中低轨道用户航天器基本上在中继卫星星座的覆盖范围内,因此只考虑单颗中继卫星与用户航天器之间的星间链路情形。中继卫星与中低轨道用户航天器之间的星间链路可以用中继卫星与用户航天器之间的时间窗口个数、平均时间窗口长度、最大和最小的时间窗口长度等参数描述。利用STK,采用模拟仿真的方法,分析了中继卫星与用户航天器之间的星间链路特性。     

分布式卫星组网管理域划分算法

卫星组网作为一种新型的无线移动通信网络,与其他通信网络相比独有的特性增加了网络管理的难度。在分布式卫星组网管理结构下,首先提出了一种基于被管卫星与管理分站之间的通信链路时延的管理域划分算法,被管卫星选择时延最短的管理分站作为其管理者,并在不同星座结构下对该算法进行了仿真验证。最后通过分析仿真结果,对算法进行了改进,引入了划分因子δ提高了管理域的稳定性。     

一种GPS定位实时选星改进算法研究

为了提高GPS系统选星的实时性,提出一种实时选取最佳定位星座的改进算法.利用卫星历书及卫星的运动方程,借助于MATLAB仿真环境,计算卫星任一时刻的空间坐标.再根据地球表面及建筑物对卫星信号的遮挡,以及仰角过小时误差会变大,分析定位卫星的可见性,进而确定观测站上空的卫星分布情况,然后进行观测站最佳星座的选取.算法首先确定可见星中的仰角最大星,然后在其余可见星中任选三颗进行遍历,缩小了选择最佳星座的遍历空间,减少了对GPS卫星的搜索时间.仿真结果证明,方法在保证精度的前提下,有效地改善了实时性.