【摘要】：20世紀60年代以來,人類在航空航天信息獲取和衛(wèi)星對地觀測方面成績斐然,衛(wèi)星遙感技術(shù)快速發(fā)展,遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出星上實時處理,實時下傳等特征。遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是一個典型的斷續(xù)連通網(wǎng)絡(luò),具有拓撲時變,長時延,高誤碼等特點,無法提供像地面網(wǎng)絡(luò)一樣的長時間連通的端到端路徑。另外,遙感衛(wèi)星節(jié)點對能量資源依賴過高,星上遙感任務(wù)執(zhí)行與星上計算需要消耗大量的節(jié)點能量,如何保證能量受限的條件下遙感數(shù)據(jù)的高吞吐量分發(fā)仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的難題。針對該問題,本文進行了如下研究:首先,本文從網(wǎng)絡(luò)路由的基本原理出發(fā),將遙感數(shù)據(jù)路由分為拓撲發(fā)現(xiàn)與維護和路由規(guī)劃兩個階段。針對傳統(tǒng)的拓撲發(fā)現(xiàn)與維護機制直接應(yīng)用于遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的星上節(jié)點能量消耗過大和過時路由問題,設(shè)計了基于軌道信息區(qū)分的拓撲發(fā)現(xiàn)與維護算法。該算法在節(jié)點路由交互報文中增加了衛(wèi)星軌道六根數(shù)信息,根據(jù)衛(wèi)星的軌道六根數(shù)實時計算鄰居節(jié)點的位置信息和節(jié)點的相對運動速度,并根據(jù)節(jié)點的位置信息和相對運動速度自適應(yīng)改變Hello報文的交互周期。該算法采用分布式的動態(tài)拓撲發(fā)現(xiàn)與維護思想,在時變的空間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中能夠及時的進行鄰居節(jié)點的發(fā)現(xiàn)與路由表更新,與此同時減少了節(jié)點能量的消耗,為實際的遙感業(yè)務(wù)傳輸保留了足夠的能量。其次,針對遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量受限與數(shù)據(jù)傳輸量大的特點,提出了能量受限的遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)最大流路由算法。該算法考慮了節(jié)點受限的能量資源以及衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓撲的時變性,首先對傳統(tǒng)的時間擴展圖模型進行修正,通過增加虛擬節(jié)點和能量受限鏈路,構(gòu)建了能量受限的時間擴展圖模型,該模型能夠精確表征衛(wèi)星節(jié)點能量資源約束,便于圖模型的計算和求解。然后,基于所構(gòu)建的圖模型,提出了能量受限的遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)最大流路由算法,算法步驟中增加了能量受限鏈路的動態(tài)更新機制,保證了節(jié)點不同時隙能量的一致性和最大流求解的準確性。該算法有效提升了遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量,解決了在能量受限的條件下遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲罅鲉栴},為遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)最大吞吐量路由協(xié)議的設(shè)計提供了方法。最后,為了驗證所提算法的可行性,本文設(shè)計了遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議仿真平臺。平臺由鏈路模擬系統(tǒng),仿真場景控制系統(tǒng),路由協(xié)議仿真模塊和協(xié)議性能評估系統(tǒng)組成,并基于該平臺搭建了仿真測試場景,測試并驗證了本文提出的拓撲發(fā)現(xiàn)與維護機制和路由規(guī)劃算法的可行性和高效性。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN927.2;P237
【圖文】：

單軌衛(wèi)星編隊構(gòu)型圖 2.3 是單軌衛(wèi)星編隊連通時間仿真圖，單軌衛(wèi)星編隊連通時間短，一般采用過頂下傳的模式獲取數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)對全球任意范圍的快速訪問，遙感數(shù)據(jù)也無法即時下傳到地面站，這種構(gòu)型主要用于早期的遙感衛(wèi)星架構(gòu)，不需要星間組網(wǎng)就可以實現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的獲取與分發(fā)，但是一般需要數(shù)個小時甚至數(shù)天才能實現(xiàn)測控指令的注入與遙感數(shù)據(jù)的下傳。

快速重訪模式的星座布局圖如圖 2.5 所示，是對快速重訪構(gòu)型的全球覆蓋仿真，從圖中可以看出，快速重訪模式的星座構(gòu)圖可以實現(xiàn)對各個緯度的 100%覆蓋，實現(xiàn)了真正的全球覆蓋。但是當前的衛(wèi)星組網(wǎng)數(shù)量遠遠達不到上述規(guī)模，難以實現(xiàn)全連通組網(wǎng)。

鏈路的運行狀態(tài)信息，用戶可以動態(tài)添加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和配置文件，并實時發(fā)送給各鏈路模擬節(jié)點，提供了良好的仿真網(wǎng)絡(luò)擴展性。另外，通過 STK 提供的 API 接口，可以動態(tài)展示當前網(wǎng)絡(luò)的拓撲連接情況，在如圖5.8所示的3D界面上用戶可以進行旋轉(zhuǎn)、拉伸等操作，具有十分友好的用戶操作體驗。開始添加鏈路配置文件,設(shè)定場景各個仿真節(jié)點參數(shù)讀取各個節(jié)點的軌跡文件通過自定義的計算規(guī)則計算并更新鏈路通斷、時延、誤碼率形成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓撲與鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)用STK顯示接口仿真場景顯示與鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)打印拓撲狀態(tài)發(fā)生變化？否 是將節(jié)點參數(shù)和軌跡文件分發(fā)給鏈路模擬器節(jié)點仿真場景控制系統(tǒng)運行流程圖

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10 陳U

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