【摘要】：在針對突發(fā)型業(yè)務的衛(wèi)星網(wǎng)絡隨機接入?yún)f(xié)議中,沖突是限制網(wǎng)絡性能的關鍵因素。衛(wèi)星網(wǎng)絡具有鏈路傳播時延長、衛(wèi)星用戶位置分散等特征,現(xiàn)有的協(xié)作通信、偵聽信道等規(guī)避沖突的方式無法實現(xiàn)。而精確的時鐘同步也難以做到。本文創(chuàng)造性地提出了輕量重傳機制,在重傳數(shù)據(jù)包時只發(fā)送部分數(shù)據(jù)。這一機制減輕了衛(wèi)星網(wǎng)絡中實際傳輸?shù)臉I(yè)務負載,以及單次傳輸時延,從而有效降低沖突發(fā)生的可能性。沖突的減少增強了接收端ZigZag干擾消除的性能,使更多數(shù)據(jù)包可以從沖突中恢復出來,提高吞吐量。針對輕量重傳機制,本文進行了深入研究,從輕量副本構造的角度,通過建立矩陣模型,從理論上研究如何進一步優(yōu)化隨機接入的性能。最終通過仿真實驗全面的評估輕量重傳及其協(xié)議的性能。本文主要研究成果如下:(1)本文提出輕量重傳機制的基本概念和定義,通過減少數(shù)據(jù)包重傳時實際發(fā)送的數(shù)據(jù)量來減少衛(wèi)星網(wǎng)絡中的沖突,作為優(yōu)化隨機接入性能的基本策略。同時,設計了基于輕量重傳的隨機接入?yún)f(xié)議,提供了輕量重傳的應用方法,保證了研究體系的完整性。(2)以基于輕量重傳的隨機接入?yún)f(xié)議為框架,形式化地描述了輕量重傳問題,將衛(wèi)星網(wǎng)絡吞吐量最大化作為優(yōu)化目標,以數(shù)據(jù)包傳輸過程的基本特征作為約束條件,構建一個多約束非線性規(guī)劃問題。通過規(guī)約到多維背包問題,證明該問題是NP困難。形式化的過程準確地表達了本文研究內(nèi)容,是后文數(shù)學理論分析的基礎。(3)本文提出兩種輕量副本的構造方法,間接地解決該NP困難問題。第一種是規(guī)則構造,即選取數(shù)據(jù)包中固定一段比特作為輕量副本;第二種是隨機構造,隨機地選取不定數(shù)量的比特。通過證明基本場景下兩個數(shù)據(jù)包成功解碼的三個充分條件,得出隨機構造中的輕量副本包含的比特應按序組織,且副本長度服從理想孤子分布。(4)參照輕量重傳問題的形式化表達,建立矩陣模型來表示發(fā)送比特和接收比特之間的映射關系,并將ZigZag解碼過程類比成線性方程組的求解過程,從而推導成功解碼概率的上下界。該矩陣模型可應用在任何構造方法下,是考察輕量重傳對隨機接入性能優(yōu)化效果的理論分析工具。(5)根據(jù)解碼概率邊界發(fā)現(xiàn)規(guī)則構造存在弱尾效應,即不能加入輕量副本的發(fā)送比特解碼可能性明顯較低。而隨機構造的成功解碼概率整體上優(yōu)于規(guī)則構造。而通過NS2仿真結果更進一步表明基于輕量重傳的隨機接入?yún)f(xié)議在隨機構造下的性能優(yōu)于規(guī)則構造以及其他相關協(xié)議。
【圖文】：

該成色儀是運行在地球靜止軌道的衛(wèi)星圖像傳感器，以觀察或監(jiān)測朝鮮半島周圍的海洋色彩。傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信應用場景如圖1-1所示[1]。衛(wèi)星用戶主要包括固定地面站，連接著地面網(wǎng)絡，聚集來自電腦、傳真、電話等用戶終端的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)叫l(wèi)星上。除

圖 1-2 幀同步的隨機接入框架Fig.1-2 Frame-Synchronous Random Access Framework基于SIC的隨機接入方案中都是基于幀同步的框架。如圖1-2所示，，若干個時隙組成一個發(fā)送幀，全局用戶保持同步。每個用戶選取若干個時隙，并在這些時隙內(nèi)重復地發(fā)送數(shù)據(jù)包。接收端則運用SIC對收到的一幀內(nèi)的信號進行解碼。為了提升SIC的解碼能力，現(xiàn)有的研究都著重優(yōu)化幀內(nèi)數(shù)據(jù)包重傳的次數(shù)。通過圖論推出重傳次數(shù)服從一定分布時，最高的吞吐量可以接近1 / 。然而，基于SIC的方案是需要在幀上以及時隙上精確同步。考慮到衛(wèi)星網(wǎng)絡的環(huán)境特征，很難做到精確同步。因此，時隙Aloha和基于SIC的全局同步隨機接入方案并不適用于衛(wèi)星網(wǎng)絡。2) 非同步的隨機接入方案不同于SIC
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN927.2

【參考文獻】

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1 趙衛(wèi)虎;趙尚弘;趙靜;鄧博于;東晨;李勇軍;董毅;;基于業(yè)務類型的微波與激光混合鏈路中繼衛(wèi)星接入控制[J];中國激光;2015年02期

本文編號：2591275