本文關鍵詞：空間信息網絡擁塞控制與路由研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在全球經濟迅速發(fā)展與航天技術不斷突破的背景下,空間信息網絡建設加快了前進的腳步。人類對宇宙的探索需求也對空間信息網絡性能提出了極高的要求。然而不同空間領域信息傳輸環(huán)境的差異增加了空間信息網絡構建的難度,因此從整體布局上把握網絡體系架構對于完善網絡功能、優(yōu)化資源分配有指導性意義。世界范圍內數據量的急劇增長將網絡擁塞問題和優(yōu)化路由問題又一次突顯眼前。作為地面用戶獲知宇宙信息、開發(fā)太空資源的紐帶和橋梁,空間信息網絡的擁塞控制與路由研究至關重要。本論文以排隊博弈、隨機微分博弈理論等為基礎數學工具,圍繞空間信息網絡的衛(wèi)星骨干網擁塞控制與路由、深空通信擁塞控制以及平流層通信擁塞控制等方面展開研究,致力于構建高效、可靠空間信息網絡。主要工作概括如下： (1)提出基于多層衛(wèi)星骨干網的空間信息網絡體系架構。針對空間業(yè)務的不同需求以及通信環(huán)境的特點,將空間信息網絡劃分為由衛(wèi)星骨干網為連接,向上支持深空通信,向下輔助平流層通信及地面網絡的網絡體系架構。根據衛(wèi)星骨干網在空間信息網絡體系架構中承上啟下的重要地位,建立由低、中、同步軌道三層衛(wèi)星組成的網絡結構。通過仿真驗證衛(wèi)星骨干網中低軌衛(wèi)星層在動態(tài)運行時能夠達到100%的全球覆蓋率,與同步軌道衛(wèi)星層對地球低、中緯度地區(qū)的高度覆蓋相補充。并月.考慮到未來空間信息的大量涌入,提出衛(wèi)星給骨干網合理資源分配與路由的要求。在深空通信網絡層為解決高速深空探測器等航天器的接入,提出用戶選擇性接受服務的數據傳輸要求。最后在平流層提出應對地面網絡大量數據輔助性通信的擁塞控制要求。為之后空間信息網絡每‘層的算法設計提供了明確的目標。 (2)提出基于業(yè)務分級的衛(wèi)星骨干網擁塞控制與路由算法。由于衛(wèi)星骨干網不僅需要連接深空通信設備,而且承擔平流層、地面網絡等用戶交付的各種不同類型的任務,區(qū)分用戶的等級是保障網絡高效運行和提高服務質量的前提。本文通過建立衛(wèi)星骨干網排隊博弈模型,以用戶獲得服務后的收益值不同描述不同業(yè)務等級的用戶。在系統(tǒng)效益最優(yōu)的條件下求解模型得到最優(yōu)入場價格,用戶結合自身信息來選擇是否加入節(jié)點,以此對網絡流量進行分散,從而確定衛(wèi)星骨干網分級用戶的擁塞控制方案。在此基礎上,引入由最優(yōu)入場價格、當前節(jié)點成本以及鏈路傳輸成本構成的衛(wèi)星骨干網路由因子,設計路由算法使得不同類型用戶能夠實現全局最優(yōu)路由,并通過數值和系統(tǒng)仿真驗證在穩(wěn)定狀態(tài)下,提出的算法比LBQP算法對系統(tǒng)丟包率和平均時延分別降低了約50%和25%,瞬時網絡吞吐量提高約1.25%。 (3)提出基于不耐煩用戶的深空通信擁塞控制算法。深空通信環(huán)境與衛(wèi)星通信相類似,然而深空通信用戶的業(yè)務需求卻有其獨特性。在衛(wèi)星骨十網擁塞控制方案的基礎上,根據深空通信用戶快速接入并接受服務的要求,對模型進行修改。以不耐煩程度表示深空用戶在進入節(jié)點排隊后的離開概率,設計基于排隊博弈的深空通信擁塞控制算法。算法在確定節(jié)點閾值隊長后,考慮到不耐煩用戶的離開,提出預備隊長的補充,以此來彌補用戶離開行為在網絡擁塞狀況下對網絡性能造成的不良影響。通過數值及系統(tǒng)仿真證明提出的算法比合作多代理擁塞控制算法對網絡吞吐量有一定的提高,同時系統(tǒng)端到端平均時延下降約13%。 (4)提出基于動態(tài)窗口的平流層擁塞控制算法�？臻g信息網絡中平流層通信擁塞控制主要針對與地面網絡的信息傳輸。因此,本文提出采用非合作動態(tài)隨機微分博弈理論,在TCP擁塞控制機制基礎上提出動態(tài)窗口擁塞控制算法。首先,根據數據傳輸速率、RTT等因素對網絡效益的影響,建立網絡流量均衡模型。其次,通過求解反饋納什均衡得到節(jié)點擁塞窗口的動態(tài)變化,并據此提出擁塞控制算法。通過數值仿真驗證提出的算法比慢啟動算法能夠提高網絡吞吐量約1.2倍,比TCP-Cherry算法提高約9%。
【關鍵詞】：空間信息網絡 擁塞控制 路由 排隊博弈 隨機微分博弈
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN927.2
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 插圖和附表清單12-15
• 縮寫和符號清單15-19
• 1 緒論19-35
• 1.1 研究背景及意義19-24
• 1.2 空間信息網絡發(fā)展歷程24-29
• 1.3 研究內容及主要創(chuàng)新點29-32
• 1.4 論文的組織結構32-35
• 2 空間信息網絡體系架構35-53
• 2.1 空間信息網絡國內外研究現狀35-44
• 2.1.1 空間信息網絡體系架構研究現狀與趨勢35-39
• 2.1.2 空間信息網絡擁塞控制研究現狀與分析39-41
• 2.1.3 空間信息網絡路由研究現狀與分析41-44
• 2.2 基于多層衛(wèi)星骨干網的空間信息網絡體系架構44-46
• 2.3 衛(wèi)星骨干網結構仿真實驗與分析46-51
• 2.4 小結51-53
• 3 基于業(yè)務分級的衛(wèi)星骨干網擁塞控制與路由算法53-73
• 3.1 引言53-54
• 3.2 相關工作54-56
• 3.3 基于非均勻用戶排隊博弈的擁塞控制和優(yōu)化路由模型56-71
• 3.3.1 系統(tǒng)模型56-58
• 3.3.2 擁塞控制機制58-62
• 3.3.3 基于排隊博弈的優(yōu)化路由算法62-64
• 3.3.4 仿真實驗與分析64-71
• 3.4 小結71-73
• 4 基于不耐煩用戶的深空通信擁塞控制算法73-93
• 4.1 引言73-74
• 4.2 相關工作74-75
• 4.3 基于不耐煩用戶排隊博弈的擁塞控制模型75-91
• 4.3.1 系統(tǒng)模型76-78
• 4.3.2 單節(jié)點閾值隊長78-79
• 4.3.3 單節(jié)點預備隊列擁塞控制方案79-81
• 4.3.4 多節(jié)點擁塞控制算法81-83
• 4.3.5 仿真實驗與分析83-91
• 4.4 小結91-93
• 5 基于動態(tài)窗口的平流層擁塞控制算法93-111
• 5.1 引言93-94
• 5.2 相關工作94-95
• 5.3 微分博弈理論95-100
• 5.3.1 微分博弈基本概念95-96
• 5.3.2 微分博弈求解96-100
• 5.4 基于非合作隨機微分博弈平流層擁塞窗口控制模型100-110
• 5.4.1 系統(tǒng)模型100-103
• 5.4.2 反饋納什均衡解103-106
• 5.4.3 擁塞窗口控制算法106
• 5.4.4 仿真實驗與分析106-110
• 5.5 小結110-111
• 6 結論111-113
• 參考文獻113-127
• 作者簡歷及在學研究成果127-131
• 學位論文數據集131

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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  本文關鍵詞：空間信息網絡擁塞控制與路由研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：359690