發(fā)布時間：2020-06-09 00:32

【摘要】：隨著人類活動逐步從內(nèi)陸走向沙漠山川、深海大洋和浩瀚宇宙,對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)的一體化管理與協(xié)同傳輸提出了迫切的要求。星地一體化網(wǎng)絡(luò)是由位于高軌、中軌、低軌的多種衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)(通信、遙感、導(dǎo)航等衛(wèi)星系統(tǒng))和地面網(wǎng)絡(luò)(互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡(luò)3G/4G等)組成的跨時空綜合網(wǎng)絡(luò),可以方便地為因特網(wǎng)和地面移動通信網(wǎng)絡(luò)觸及不到的地區(qū)提供通信服務(wù)。它將不僅在應(yīng)急救援、遠(yuǎn)洋巡航等關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮無可替代的作用,也能夠為飛機、高鐵上的高速移動用戶提供不間斷的網(wǎng)絡(luò)與信息服務(wù),成為社會發(fā)展與人類生活中不可或缺的信息基礎(chǔ)設(shè)施。為了提升星地網(wǎng)絡(luò)的整體效能,需要綜合衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)的各自優(yōu)勢,通過功能可重配的網(wǎng)絡(luò)管理與星地協(xié)同的立體傳輸,充分利用各層網(wǎng)絡(luò)資源特別是有限的衛(wèi)星資源。然而,現(xiàn)有的研究工作側(cè)重于解決衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通問題,缺乏對星地網(wǎng)絡(luò)資源進行可控管理與協(xié)同調(diào)度的有效支持。針對上述問題,本文以衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有機融合、星地協(xié)同傳輸為目標(biāo),研究了能夠高效管理星地網(wǎng)絡(luò)資源的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),以及星地協(xié)同傳輸?shù)哪Ｐ团c方法,提升了星地網(wǎng)絡(luò)綜合傳輸能力。主要工作和貢獻包括如下幾個方面:·設(shè)計了基于軟件定義的星地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。針對星地網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)差異與資源有限性,按照域內(nèi)集中、域間協(xié)同的原則,設(shè)計了能夠?qū)?jié)點實施可編程管理的星地網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),對自治的星地網(wǎng)絡(luò)進行按需控制與協(xié)同,高效管理網(wǎng)絡(luò)資源,為實現(xiàn)星地協(xié)同傳輸、提升星地網(wǎng)綜合能力提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)�！ぬ岢隽诵堑貐f(xié)同傳輸?shù)臄?shù)學(xué)模型。該模型定量描述了在高軌、中軌、低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)協(xié)同立體傳輸?shù)沫h(huán)境中,星地一體化動態(tài)網(wǎng)絡(luò)容量優(yōu)化問題,這是星地網(wǎng)絡(luò)協(xié)同傳輸能力的上界�！ぬ岢隽司W(wǎng)絡(luò)環(huán)境適變、動態(tài)負(fù)載敏感的星地立體傳輸算法。首先,考慮到星間鏈路相對于地面鏈路的長傳輸時延和高誤碼率,提出了綜合鏈路特征、鏈路與節(jié)點負(fù)載狀態(tài)的星地協(xié)同傳輸定量評價模型。然后,研究實現(xiàn)了自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀況與負(fù)載的高效星地多路徑路由算法。通過控制器級的域內(nèi)調(diào)度和超級控制器級的域間調(diào)度,可以實現(xiàn)不同粒度的流量調(diào)度與負(fù)載均衡。最后,研究了基于負(fù)載均衡的星地多路徑流量動態(tài)分配算法。最后,我們開發(fā)了具有分級網(wǎng)絡(luò)控制功能的星地一體化網(wǎng)絡(luò)仿真驗證系統(tǒng),并與相關(guān)成果QSR(Qo S-oriented Satellite Routing)和MVA(Mean Value Analysis)進行了多項性能對比與分析。結(jié)果表明:本文提出的方法在網(wǎng)絡(luò)吞吐量、端到端時延、傳輸質(zhì)量、負(fù)載均衡等方面均具有明顯的優(yōu)勢。
【圖文】：

圖 2 1 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) OpenSANFig. 2 1 OpenSAN: satellite network architecture2.2.2 基于 SDN 的天地網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用分布式路由計算策略，協(xié)議難以修改，計算開銷大，可擴展性差維護困難。借助軟件定義思想，不同的天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)被相繼提出。按照管理方式的不同，可分為地面控制器與高軌衛(wèi)星作為控制平面，低軌衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)平面和控制平面與數(shù)據(jù)平面部署在同層星座兩類。如圖 2-1，OpenSAN [3] 以地面控制中心作為管理平面，負(fù)責(zé)路由計算、用戶管理、資源分配等工作，GEO 衛(wèi)星作為控制平面，一方面獲取全網(wǎng)狀態(tài)信息，交付管理平面計算，，另一方面接收管理平面信令，轉(zhuǎn)化為控制指令下傳給 LEO 衛(wèi)星；LEO 衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)平面，提供接入服務(wù)。此類架構(gòu)計算集中，部署簡單，但管理路徑較長，管理開銷較大。為降低控制代價，Zhang 等提出在 LEO 衛(wèi)星星座內(nèi)同時部署控制平面與數(shù)據(jù)平面方法 [4]。每顆衛(wèi)星使用 6 條星間鏈路，分別與相鄰/相同軌道鄰居節(jié)點，相同軌道跨衛(wèi)星節(jié)點相連，控制器與交換節(jié)點交叉部署，保證控制平

基于軟件定義的星地協(xié)同傳輸方法 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文制域間的路由計算、資源調(diào)配與負(fù)載均衡。自治域（類似 Internet 的 AS）。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以星座、星簇、星群等衛(wèi)星系統(tǒng)（以下統(tǒng)稱“星座”）作為自治域；地面 Internet 以組織骨干網(wǎng)劃分自治域。同一自治域受多個扁平的超級控制器聯(lián)合管控。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN927.2

【參考文獻】

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1 張乃通;趙康P

本文編號：2703897