【摘要】：衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是以衛(wèi)星為載體,例如:同步衛(wèi)星、中軌衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星等,進(jìn)行實(shí)時(shí)的空間信息獲取、處理并提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),在航空航海、航天測(cè)控、災(zāi)難救援、定位導(dǎo)航等領(lǐng)域的應(yīng)用都起著重要支撐作用,是國(guó)家最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。除此之外,衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)能夠支持高動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)傳輸,進(jìn)行對(duì)地觀測(cè);支持大時(shí)延、遠(yuǎn)距離的可靠傳輸,進(jìn)行深空探測(cè),由此將我們的生產(chǎn)活動(dòng)及科學(xué)研究拓展至遠(yuǎn)洋、空間、乃至深空。因此,衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為全球的研究熱點(diǎn)。21世紀(jì)以來,隨著科技的日益發(fā)展,語音、圖像、視頻等數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)在具有全球覆蓋能力的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中傳輸,使得衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)成為最重要的覆蓋全球新型移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成部分之一。由多個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)組成的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),通過路由查找及星間鏈路連接進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)等工作,實(shí)現(xiàn)通信。然而衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂袝r(shí)變特性,主要表現(xiàn)為:(1)星間鏈路及星地鏈路的連通情況隨時(shí)間改變,導(dǎo)致衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)被切割頻繁,幾乎不存在端到端路徑,適用于靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP協(xié)議不能夠完成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸;(2)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)所處空間環(huán)境復(fù)雜,高速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致鏈路條件隨時(shí)間變化,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)隨機(jī)中斷后無法快速修復(fù),因此對(duì)于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中預(yù)防隨機(jī)中斷的路由策略研究至關(guān)重要;(3)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的不均衡負(fù)載、突發(fā)性設(shè)備損壞、節(jié)點(diǎn)故障會(huì)導(dǎo)致星間鏈路中斷,特別是在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)用于軍事中,更易遭遇敵方打擊而出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)中斷。因此,對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)生隨機(jī)中斷后對(duì)數(shù)據(jù)重新規(guī)劃研究具有非常重要的意義。對(duì)于時(shí)變特性出現(xiàn)的問題一,本文采用了容斷網(wǎng)絡(luò)(Disruption-Tolerant Networking,DTN)網(wǎng)絡(luò)模型,數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議遵循DTN網(wǎng)絡(luò)中的BP/LTP協(xié)議;對(duì)于時(shí)變特性出現(xiàn)的問題二和三采取時(shí)空?qǐng)D模型刻畫時(shí)變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并在其模型上設(shè)計(jì)預(yù)防及處理隨機(jī)中斷的數(shù)據(jù)傳輸策略。論文的主要貢獻(xiàn)如下:本文利用時(shí)空?qǐng)D模型對(duì)衛(wèi)星時(shí)變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣?分析了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及路由策略。對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的中斷問題進(jìn)行分類,確定處理隨機(jī)中斷帶來的傳輸問題并建立隨機(jī)中斷概率模型�；诰W(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)中斷的特點(diǎn),確立了時(shí)空?qǐng)D的建模方法;在此基礎(chǔ)上,提出了具體的時(shí)空?qǐng)D構(gòu)建算法;針對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的隨機(jī)中斷問題,設(shè)計(jì)預(yù)防隨機(jī)中斷路由策略,通過將中斷概率與傳輸能量開銷相融合,并結(jié)合DTN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸過程定義時(shí)空?qǐng)D邊權(quán)值數(shù)學(xué)模型;提出了基于時(shí)空?qǐng)D模型的預(yù)防隨機(jī)中斷路由算法。在滿足時(shí)延要求的情況下,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生隨機(jī)中斷,以最小數(shù)據(jù)傳輸代價(jià)完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。在衛(wèi)星DTN網(wǎng)絡(luò)中,分析了隨機(jī)中斷發(fā)生后對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w影響;將隨機(jī)中斷發(fā)生前和發(fā)生后關(guān)注的路由問題以數(shù)學(xué)模型的形式展現(xiàn);提出基于時(shí)空?qǐng)D模型的隨機(jī)中斷彈性路由策略,發(fā)生中斷后就在更新的時(shí)空?qǐng)D模型上找到具有最小能量開銷的一組路由,并滿足時(shí)延要求,為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在發(fā)生隨機(jī)中斷時(shí),數(shù)據(jù)的傳輸問題提供了一種實(shí)際可行的方案。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生隨機(jī)中斷后,保證數(shù)據(jù)的正常傳輸并使其能量開銷達(dá)到最小。本文設(shè)計(jì)的彈性路由算法相較于其他傳統(tǒng)路由算法,能夠有效處理衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)中斷問題。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文位于 LEO 衛(wèi)星視距范圍內(nèi)，并與 LEO 衛(wèi)星通過星間鏈路相連。除此之外，還需要保證 LEO 衛(wèi)星之間沒有星間鏈路連接，這樣能夠減少由于低軌衛(wèi)星之間鏈路的頻繁中斷而導(dǎo)致的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定。DLSC 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖 1-1。文獻(xiàn)[13]中由 MEO 和 LEO 衛(wèi)星構(gòu)成的雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與 DLSC 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，其中單層 LEO 衛(wèi)星能夠覆蓋地球，與此同時(shí)，，MEO 層衛(wèi)星能夠完全覆蓋 LEO 層衛(wèi)星。在 LEO 層中，每一個(gè) LEO 衛(wèi)星都具有 4 顆鄰近的衛(wèi)星，包含同一軌道的 2 顆 LEO 衛(wèi)星和相鄰軌道的 2 顆 LEO 衛(wèi)星；在 MEO 層衛(wèi)星與 ICO 結(jié)構(gòu)類似，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有 2 個(gè)軌道，每個(gè)軌道運(yùn)行 5 顆 MEO 衛(wèi)星。其中，同一軌道面內(nèi)的 MEO 衛(wèi)星保證鏈路狀態(tài)穩(wěn)定，不能隨著衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變。

圖 1-2 MLSN 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.2.2 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由研究現(xiàn)狀在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，利用星間鏈路相互連接能夠完成路由查找、數(shù)據(jù)等工作[13]。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)使用星間鏈路比使用透明轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)勢(shì)在于：（1鏈路連接的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)能夠脫離傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)，滿足任意區(qū)域的地面終的通信需求。（2）衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)能夠成為獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，提升整體衛(wèi)星通信質(zhì)絡(luò)健壯性。（3）隨著技術(shù)發(fā)展，人們對(duì)通信的實(shí)時(shí)性要求更高，因此星網(wǎng)絡(luò)可以快速傳遞信息并處理交換數(shù)據(jù)，減少傳輸時(shí)延。（4）在地蜂窩通信中，越區(qū)會(huì)產(chǎn)生一些漫游問題，從而影響通信質(zhì)量，衛(wèi)星網(wǎng)時(shí)通信及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)可以用來輔助解決該問題，實(shí)現(xiàn)全球通信。因此，信系統(tǒng)中使用星間鏈路仍然是未來一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)。但衛(wèi)星網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，星間鏈路發(fā)生隨機(jī)中斷，嚴(yán)重影通信。衛(wèi)星所處的空間環(huán)境中，由于電磁干擾、距離改變、節(jié)點(diǎn)損壞、擊、能源攜帶有限等因素，都可能導(dǎo)致衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN927.2

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本文編號(hào)：2679673