本文關(guān)鍵詞：基于QoS保證的衛(wèi)星通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、受地理環(huán)境因素影響小等特點(diǎn),從而使得衛(wèi)星通信成為當(dāng)前通信領(lǐng)域中迅速發(fā)展的研究方向和現(xiàn)代信息交換強(qiáng)有力的手段之一。目前,下一代衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)正朝著更高速率、更大帶寬的方向發(fā)展,其與地面通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組成全球無縫覆蓋的信息交換網(wǎng)絡(luò)。隨著空間通信技術(shù)的飛速發(fā)展和業(yè)務(wù)需求的急速增長(zhǎng),有限的無線資源與多媒體業(yè)務(wù)不斷提高的QoS要求之間的矛盾日益尖銳,使得設(shè)計(jì)可以支持高速、高質(zhì)量多媒體傳輸?shù)馁Y源管理策略成為當(dāng)前空間通信領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。同時(shí),衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)直接關(guān)系到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)能否實(shí)現(xiàn)全球覆蓋以及衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性問題,是衛(wèi)星通信系統(tǒng)研究中的關(guān)鍵問題。相應(yīng)的,路由協(xié)議、鏈路切換等都要針對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)重新設(shè)計(jì),以星上路由交換為核心的新型衛(wèi)星通信系統(tǒng)是空間通信領(lǐng)域的另一個(gè)研究重點(diǎn)。 論文研究基于QoS保證的衛(wèi)星通信系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù),主要針對(duì)低軌道衛(wèi)星星座網(wǎng)絡(luò)中的路由算法和寬帶高軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的資源管理相關(guān)算法展開深入研究。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和研究工作如下： (1)基于跨層蟻群優(yōu)化的低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由策略 為了增強(qiáng)LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的魯棒性和實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡,提出一種基于跨層蟻群優(yōu)化的LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡路由算法CAL-LSN。該算法在進(jìn)行路由決策時(shí)能夠?qū)⑽锢韺拥男诺罓顟B(tài)信息考慮在內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡,算法CAL-LSN建立了一種多目標(biāo)優(yōu)化模型,利用蟻群算法對(duì)該模型進(jìn)行求解。同時(shí),本文對(duì)蟻群算法信息素?fù)]發(fā)系數(shù)的取值進(jìn)行了推導(dǎo)以便提高算法的魯棒性,同時(shí)仿真研究了算法CAL-LSN的性能。研究結(jié)果表明算法CAL-LSN在有效實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡的同時(shí)可以提高接收端吞吐量,并且能夠確保系統(tǒng)傳輸時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枰?(2)基于改進(jìn)蟻群系統(tǒng)的低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多徑路由策略 本文針對(duì)LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),提出一種基于改進(jìn)蟻群系統(tǒng)的多徑路由算法MPRA-AC,算法建立了從源用戶到目的用戶的多條路徑。為了提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性,本文所建立的多目標(biāo)優(yōu)化模型旨在最小化主用路徑和備用路徑的公共節(jié)點(diǎn)數(shù)。同時(shí),結(jié)合低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),本文對(duì)原始蟻群算法做了改進(jìn),并在此基礎(chǔ)上通過構(gòu)建仿真平臺(tái)來衡量算法MPRA-AC的性能。仿真結(jié)果表明,MPRA-AC算法能夠更加快速的發(fā)現(xiàn)可行較優(yōu)路徑。和LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的DSR-LSN算法(低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)源路由算法)相比,MPRA-AC不僅提高了網(wǎng)絡(luò)鏈路利用率,同時(shí)也提高了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的投遞率,提高率約為7.9%。 (3)基于跨層混沌預(yù)測(cè)的寬帶多媒體衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源請(qǐng)求策略 本文提出一種基于跨層混沌預(yù)測(cè)的資源請(qǐng)求算法CBRA-CPM。該算法目的在于解決用戶接入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的帶寬請(qǐng)求問題,并且通過引入跨層架構(gòu)以便能夠?qū)π诺罓顟B(tài)進(jìn)行感知。在算法CBRA-CPM的設(shè)計(jì)過程中,衛(wèi)星終端能夠根據(jù)信道狀態(tài)改變其向信關(guān)站申請(qǐng)帶寬資源的數(shù)量,同時(shí)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)流量的自相似特性,算法引入混沌預(yù)測(cè)模型對(duì)流量進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過采用OPNET和MATLAB聯(lián)合仿真的方法,算法仿真平臺(tái)被構(gòu)建。通過對(duì)本文所提算法和DAMA-CPM算法(基于混沌預(yù)測(cè)的按需分配多址接入算法)進(jìn)行性能比較,本文所提算法在降低系統(tǒng)端到端時(shí)延的基礎(chǔ)上提高了接收端的系統(tǒng)吞吐量。 (4)基于OPNET的寬帶多媒體衛(wèi)星通信標(biāo)準(zhǔn)半實(shí)物仿真機(jī)制研究 半實(shí)物仿真是一種將硬件測(cè)試和軟件評(píng)估相結(jié)合的仿真方法,通過將實(shí)物接入系統(tǒng)從而盡可能取代虛擬模型,使仿真結(jié)果更接近實(shí)際情況。因此,采用半實(shí)物仿真對(duì)寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行建模分析具有重要的研究?jī)r(jià)值。本文在基于對(duì)半實(shí)物仿真機(jī)制深入調(diào)研的基礎(chǔ)上,進(jìn)行DVB-RCS通信體制的研究,構(gòu)建基于半實(shí)物的DVB-RCS通信體制仿真平臺(tái),解析影響系統(tǒng)的各種因素,并最終開發(fā)出應(yīng)用于寬帶多媒體衛(wèi)星通信體制的仿真模型,建立相對(duì)復(fù)雜的半實(shí)物測(cè)試環(huán)境。
【關(guān)鍵詞】：衛(wèi)星通信系統(tǒng) 跨層蟻群優(yōu)化 多徑路由 跨層混沌預(yù)測(cè) 帶寬請(qǐng)求 半實(shí)物仿真
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN927.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 目錄9-12
• 第一章 緒論12-32
• 1.1 課題背景與研究意義12-15
• 1.1.1 課題研究背景12-13
• 1.1.2 課題研究意義13-15
• 1.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介15-23
• 1.2.1 衛(wèi)星通信概念的提出15-16
• 1.2.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的國(guó)際化發(fā)展16-17
• 1.2.3 廣播衛(wèi)星通信系統(tǒng)17-19
• 1.2.4 移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)19-21
• 1.2.5 VSAT和寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)21-23
• 1.3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)23-25
• 1.4 本論文的主要工作25-26
• 1.5 論文組織結(jié)構(gòu)26-28
• 參考文獻(xiàn)28-32
• 第二章 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的QoS研究32-49
• 2.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)QoS框架結(jié)構(gòu)32-36
• 2.1.1 QoS簡(jiǎn)介32-33
• 2.1.2 QoS指標(biāo)要求33-34
• 2.1.3 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)與QoS關(guān)鍵技術(shù)34-36
• 2.2 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究現(xiàn)狀36-40
• 2.3 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源管理技術(shù)研究現(xiàn)狀40-44
• 2.4 仿真驗(yàn)證44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 參考文獻(xiàn)45-49
• 第三章 基于跨層蟻群優(yōu)化的低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由策略49-73
• 3.1 引言49-51
• 3.2 蟻群優(yōu)化算法概述51-57
• 3.2.1 基本蟻群算法原理51-52
• 3.2.2 基本蟻群算法的特征52-53
• 3.2.3 基本蟻群算法的數(shù)學(xué)模型53-55
• 3.2.4 基本蟻群算法的收斂性分析55-57
• 3.3 跨層CAL-LSN算法原理57-62
• 3.3.1 算法理論模型57-59
• 3.3.2 算法設(shè)計(jì)思路59-62
• 3.4 算法CAL-LSN性能仿真分析62-68
• 3.5 本章小結(jié)68-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 第四章 基于改進(jìn)蟻群系統(tǒng)的低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多徑路由策略73-94
• 4.1 引言73
• 4.2 蟻群算法改進(jìn)策略概述73-77
• 4.2.1 自適應(yīng)蟻群算法74-75
• 4.2.2 基于信息熵的改進(jìn)蟻群算法75-76
• 4.2.3 基于全局搜索和局部搜索相結(jié)合的改進(jìn)蟻群算法76-77
• 4.3 MPRA-AC算法原理77-84
• 4.3.1 多路徑路由的考慮因素77-79
• 4.3.2 QoS目標(biāo)和路由表結(jié)構(gòu)79-80
• 4.3.3 算法設(shè)計(jì)思路80-84
• 4.3.3.1 應(yīng)用在LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的蟻群算法設(shè)計(jì)80-82
• 4.3.3.2 算法執(zhí)行過程82-84
• 4.4 算法MPRA-AC性能仿真分析84-91
• 4.5 本章小結(jié)91-92
• 參考文獻(xiàn)92-94
• 第五章 基于跨層混沌預(yù)測(cè)的寬帶多媒體衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源請(qǐng)求策略94-115
• 5.1 引言94-95
• 5.2 Internet流量模型95-101
• 5.2.1 網(wǎng)絡(luò)流量特性和度量參數(shù)96-97
• 5.2.2 自相似流量建模97-99
• 5.2.3 流量預(yù)測(cè)模型99-101
• 5.3 CBRA-CPM算法原理101-105
• 5.3.1 跨層預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)模型101-102
• 5.3.2 算法設(shè)計(jì)思路102-103
• 5.3.3 基于自相似流量的混沌預(yù)測(cè)模型103-105
• 5.4 算法CBRA-CPM性能仿真分析105-111
• 5.4.1 流量模型106-107
• 5.4.2 信道模型107
• 5.4.3 算法性能分析107-111
• 5.5 本章小結(jié)111-112
• 參考文獻(xiàn)112-115
• 第六章 基于OPNET的寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)半實(shí)物仿真機(jī)制研究115-125
• 6.1 引言115-116
• 6.2 半實(shí)物系統(tǒng)仿真方案116-119
• 6.2.1 仿真場(chǎng)景設(shè)計(jì)116-117
• 6.2.2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)117-119
• 6.2.3 真實(shí)業(yè)務(wù)通信接口的實(shí)現(xiàn)119
• 6.3 實(shí)驗(yàn)與分析119-123
• 6.4 本章小結(jié)123-124
• 參考文獻(xiàn)124-125
• 第七章 總結(jié)與展望125-128
• 7.1 總結(jié)125-126
• 7.2 展望126-128
• 縮略語128-133
• 致謝133-134
• 攻讀博士學(xué)位期間完成的學(xué)術(shù)論文和其他成果134-135

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2 許可;衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中面向任務(wù)的資源優(yōu)化研究[D];沈陽理工大學(xué);2010年

3 于永勝;衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中接入及訪問控制機(jī)制研究[D];沈陽理工大學(xué);2010年

4 王曦爽;衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真及可視化方法的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）;2004年

5 周牧;多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

6 楊春秀;多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究與仿真[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

7 夏斌;衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的擁塞控制研究[D];廣西師范大學(xué);2010年

8 林濱杰;多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及路由協(xié)議研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

9 宋娜;衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2005年

10 李津;衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星座及路由算法仿真結(jié)果可視化技術(shù)的研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

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本文編號(hào)：963340