本文關(guān)鍵詞：空間信息網(wǎng)絡(luò)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(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展與航天技術(shù)不斷突破的背景下,空間信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)加快了前進(jìn)的腳步。人類對宇宙的探索需求也對空間信息網(wǎng)絡(luò)性能提出了極高的要求。然而不同空間領(lǐng)域信息傳輸環(huán)境的差異增加了空間信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的難度,因此從整體布局上把握網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)對于完善網(wǎng)絡(luò)功能、優(yōu)化資源分配有指導(dǎo)性意義。世界范圍內(nèi)數(shù)據(jù)量的急劇增長將網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的擁塞控制與路由研究至關(guān)重要。本論文以排隊博弈、隨機(jī)微分博弈理論等為基礎(chǔ)數(shù)學(xué)工具,圍繞空間信息網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星骨干網(wǎng)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(gòu)建高效、可靠空間信息網(wǎng)絡(luò)。主要工作概括如下： (1)提出基于多層衛(wèi)星骨干網(wǎng)的空間信息網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。針對空間業(yè)務(wù)的不同需求以及通信環(huán)境的特點,將空間信息網(wǎng)絡(luò)劃分為由衛(wèi)星骨干網(wǎng)為連接,向上支持深空通信,向下輔助平流層通信及地面網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。根據(jù)衛(wèi)星骨干網(wǎng)在空間信息網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過仿真驗證衛(wèi)星骨干網(wǎng)中低軌衛(wèi)星層在動態(tài)運行時能夠達(dá)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(bǔ)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(wǎng)合理資源分配與路由的要求。在深空通信網(wǎng)絡(luò)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(wù)的數(shù)據(jù)傳輸要求。最后在平流層提出應(yīng)對地面網(wǎng)絡(luò)大量數(shù)據(jù)輔助性通信的擁塞控制要求。為之后空間信息網(wǎng)絡(luò)每‘層的算法設(shè)計提供了明確的目標(biāo)。 (2)提出基于業(yè)務(wù)分級的衛(wèi)星骨干網(wǎng)擁塞控制與路由算法。由于衛(wèi)星骨干網(wǎng)不僅需要連接深空通信設(shè)備,而且承擔(dān)平流層、地面網(wǎng)絡(luò)等用戶交付的各種不同類型的任務(wù),區(qū)分用戶的等級是保障網(wǎng)絡(luò)高效運行和提高服務(wù)質(zhì)量的前提。本文通過建立衛(wèi)星骨干網(wǎng)排隊博弈模型,以用戶獲得服務(wù)后的收益值不同描述不同業(yè)務(wù)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(jié)合自身信息來選擇是否加入節(jié)點,以此對網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行分散,從而確定衛(wèi)星骨干網(wǎng)分級用戶的擁塞控制方案。在此基礎(chǔ)上,引入由最優(yōu)入場價格、當(dāng)前節(jié)點成本以及鏈路傳輸成本構(gòu)成的衛(wèi)星骨干網(wǎng)路由因子,設(shè)計路由算法使得不同類型用戶能夠?qū)崿F(xiàn)全局最優(yōu)路由,并通過數(shù)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(wǎng)絡(luò)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(wù)需求卻有其獨特性。在衛(wèi)星骨十網(wǎng)擁塞控制方案的基礎(chǔ)上,根據(jù)深空通信用戶快速接入并接受服務(wù)的要求,對模型進(jìn)行修改。以不耐煩程度表示深空用戶在進(jìn)入節(jié)點排隊后的離開概率,設(shè)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(yù)備隊長的補(bǔ)充,以此來彌補(bǔ)用戶離開行為在網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況下對網(wǎng)絡(luò)性能造成的不良影響。通過數(shù)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中平流層通信擁塞控制主要針對與地面網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸。因此,本文提出采用非合作動態(tài)隨機(jī)微分博弈理論,在TCP擁塞控制機(jī)制基礎(chǔ)上提出動態(tài)窗口擁塞控制算法。首先,根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率、RTT等因素對網(wǎng)絡(luò)效益的影響,建立網(wǎng)絡(luò)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(jù)此提出擁塞控制算法。通過數(shù)值仿真驗證提出的算法比慢啟動算法能夠提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量約1.2倍,比TCP-Cherry算法提高約9%。
【關(guān)鍵詞】：空間信息網(wǎng)絡(luò) 擁塞控制 路由 排隊博弈 隨機(jī)微分博弈
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程24-29
• 1.3 研究內(nèi)容及主要創(chuàng)新點29-32
• 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)32-35
• 2 空間信息網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)35-53
• 2.1 空間信息網(wǎng)絡(luò)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀35-44
• 2.1.1 空間信息網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)研究現(xiàn)狀與趨勢35-39
• 2.1.2 空間信息網(wǎng)絡(luò)擁塞控制研究現(xiàn)狀與分析39-41
• 2.1.3 空間信息網(wǎng)絡(luò)路由研究現(xiàn)狀與分析41-44
• 2.2 基于多層衛(wèi)星骨干網(wǎng)的空間信息網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)44-46
• 2.3 衛(wèi)星骨干網(wǎng)結(jié)構(gòu)仿真實驗與分析46-51
• 2.4 小結(jié)51-53
• 3 基于業(yè)務(wù)分級的衛(wèi)星骨干網(wǎng)擁塞控制與路由算法53-73
• 3.1 引言53-54
• 3.2 相關(guān)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(jī)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(jié)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(guān)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(yù)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(jié)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(guān)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(jī)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(jié)110-111
• 6 結(jié)論111-113
• 參考文獻(xiàn)113-127
• 作者簡歷及在學(xué)研究成果127-131
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集131

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：359690