寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法研究.pdf

1、隨著人們對網(wǎng)絡(luò)的要求越來越高,衛(wèi)星通信能夠滿足諸如地面網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的海洋以及廣大的偏遠地區(qū)的通信要求,有著其獨特的全面無縫隙覆蓋、內(nèi)在的廣播特性、通信成本與距離無關(guān)等優(yōu)勢。隨著NGN以及4G等新一代通信體系的提出,衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)成為下一代互聯(lián)網(wǎng)不可缺少的組成部分。
　　由于地面靜止衛(wèi)星GEO資源的局限性和較長的傳輸時延,以其對地面接收裝置的較高要求使得利用GEO組建寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)有一定的困難。所以現(xiàn)階段國內(nèi)外大部分衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)研究都是圍繞著非

2、靜止軌道衛(wèi)星(LEO和MEO衛(wèi)星)網(wǎng)絡(luò)展開的。LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以其低時延參數(shù),地面接收裝置的簡單以及較低的組網(wǎng)費用等優(yōu)勢成為現(xiàn)有商用衛(wèi)星通信系統(tǒng)的首選。隨著高速空間光鏈路技術(shù)的不斷進步,使得大容量、高帶寬的天基網(wǎng)成為可能。由于激光鏈路相比以前的射頻鏈路具有天線直徑、重量和能量消耗參數(shù)均大為改善。所以單層LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)雖然有其傳輸時延短的優(yōu)勢,但是從健壯性以及接入切換等角度衡量,容易成為整個系統(tǒng)的瓶頸,所以越來越多的學(xué)者關(guān)注由多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組

3、成的太空骨干網(wǎng)。
　　在寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成中,由于在空間約束條件下諸如網(wǎng)絡(luò)拓撲時變性、上下行鏈路容量不對稱、衛(wèi)星接入技術(shù)的多樣性、以及星上處理能力以及能耗的嚴(yán)格要求等使得衛(wèi)星路由交換技術(shù)仍需要開展深入研究,同時也是當(dāng)前衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)的研究熱點之一。本文以非靜止軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為背景重點對帶有星間鏈路的LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以及LEO/MEO雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法進行了研究,最后針對星載系統(tǒng)的特點選擇CIOQ交換結(jié)構(gòu)并設(shè)計相應(yīng)的交換算法。本文的

4、主要工作包括:
　　第一,針對低軌道衛(wèi)星LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)特點,同時分析了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的QoS保證機制,提出了一種啟發(fā)式可提供QoS保證的LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法QHRL。其主要思想是通過充分利用 LEO星座拓撲的可預(yù)測性,將時變的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)離散化為實際LEO網(wǎng)絡(luò)可達拓撲圖。通過控制衛(wèi)星路由的選路范圍,大大減少路由選擇所需的時間及計算復(fù)雜度。同時提出了一種衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級別劃分,通過具體實例仿真可以得到本算法對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的QoS業(yè)務(wù)

5、提供較好的支持。
　　第二,充分考慮到實際通信需求的增長和系統(tǒng)的健壯性,提出基于空間光鏈路的雙層衛(wèi)星網(wǎng)架構(gòu)。該系統(tǒng)充分利用激光鏈路特點及其 MEO/LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)特點,實現(xiàn)對各種業(yè)務(wù)實施接入及交換的服務(wù),同時構(gòu)建起基于太空的一個較為完備的骨干網(wǎng)絡(luò)。針對 MEO/LEO雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由方案,本文提出針對不同的業(yè)務(wù)流量采取不同的路由解決方案,一方面可以充分利用衛(wèi)星的有限資源,同時對網(wǎng)絡(luò)流量變化有較強的自適應(yīng)能力。在負責(zé)最大流量的LE

6、O衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中采用基于修正拉格朗日松弛算法的路由協(xié)議,在保持較低復(fù)雜度的同時能夠?qū)崿F(xiàn)較好的路由性能。
　　第三,針對星載系統(tǒng)能耗及處理資源非常有限的特點,提出星載系統(tǒng)采用 CICQ的交換核心。同時根據(jù)星載設(shè)備承載流量的分布具有的非規(guī)整性和突發(fā)性等特點,本文提出在該交換核心內(nèi)采用突發(fā)--持續(xù)的包調(diào)度策略,仿真結(jié)果給出該調(diào)度策略在更接近實際流量模型的突發(fā)流中實現(xiàn)較優(yōu)的交換性能。
　　隨著我國綜合國力增強,用戶對于通信的全面需求,寬