GMR-1卫星通信系统中的降低切换时延算法

相对于地面移动通信系统,高轨道静止卫星系统(high orbit geostationary satellite system,GEO)具有波束覆盖大、信号传输时延长、星上资源受限等特点.当前地面移动通信系统切换算法不能满足GEO卫星移动通信系统实时性要求.提出了一种降低卫星通信系统切换时延算法,该算法利用卫星通信移动终端位置信息和历史测量信息获得切换位置区域,根据规划导航路径是否经过切换位置区域进行切换预判,结合移动终端移动矢量和移动速度对可能跨越切换位置区域进行更精确切换判决.与现有地面移动通信系统切换算法相比,该算法不仅利用了移动终端的功率测量和接收信号质量等传统参量,而且综合考虑了移动终端位置以及移动矢量信息.仿真结果表明,该算法不但可以大幅降低卫星波束切换的时延,而且降低切换的乒乓效应.     

LEO卫星网络中多媒体业务的切换策略

针对LEO卫星网络中多媒体业务的应用，分析了一种基于动态多普勒的切换管理算法，利用多普勒频移效应及卫星几何关系求出卫星发生切换的时间和位置。通过改进该算法和移动性模型为该应用提出一种基于切换预测的策略。为适当选取服务卫星，提出了最大服务时间、最大空闲信道数和最短距离这3种切换准则，它们都基于阻塞概率和中断概率的权衡。每个准则既可用于接入也可用于切换，故形成9种不同的切换准则组合。最后，以类Teledesic系统为例对改进算法和切换策略进行了仿真，结果表明所提方法是有效的。     

一种低轨卫星星座系统中的路由算法设计

针对低轨(low earth orbit,LEO)卫星星座系统中路由较复杂的问题,结合了最短路径与次选最短路径,提出了一种低轨卫星星座系统中的路由算法设计,通过仿真和分析表明该算法在综合考虑新呼叫和切换呼叫时具有较高的优越性.     

一种具有异轨星间链路的Walker星座网络拓扑与路由生成方案

Walker星座网络能否建立异轨星间链路是提升其通信能力的关键所在.研究了一种24/3/1 Walker星座,通过对卫星间的能见分析及星间链路特性分析,探索了建立异轨道星间链路的可行性.然后,按照时段接续的异轨星间链路方案,进行了24/3/1 Walker星座网络的拓扑仿真与生成,并在此基础上对星座网络采用K短路径和最短路径路由选择策略进行了对比仿真分析.结果表明,按照时间段接续建立异轨星间链路的方案是可行的,所生成的网络拓扑的切换时间间隔最小为30 s,最大为115 s,K短路径策略在总体上要优于最短路径策略.     

LEO卫星轨道参数对GPS掩星数量和分布的影响

利用低地球轨道LEO（LowEarth Orbit)卫星所载GPS接收机探测地球大气的分层结构是上世纪80年代后期才发展起来的新技术，不同的LEO卫星，将使发生的掩星事件数量和分布有所差别，在一定的大气折射指数分布模型和现有GPS星座的假设条件下，利用射线追踪法模拟了掩星事件，并讨论了LEO卫星的轨道倾角和高度对掩星事件发生的数量和分布的影响。其结论对实际发射LEO卫星时的参数选取具有参考价值。     

基于隐朴素贝叶斯分类方法的垂直切换算法

为解决车辆在相对高速运动下产生网络间切换的“乒乓效应”,根据隐朴素贝叶斯分类思想,突破原有贝叶斯决策中关于属性之间完全独立的假设,建立属性间的关系,同时引入自适应修正概率,降低切换次数,避免了运算的复杂度。仿真结果表明,改进算法与原算法及其他算法相比较,可以有效降低切换次数,并且拥有更低的运行时间,提升了在车联网环境下垂直切换的稳定性与效率。     

一种基于演化博弈的低轨卫星切换算法研究

近年来利用低轨卫星组网提供全球覆盖的移动通信成为行业发展和研究的热点,低轨卫星角速度大,单颗卫星无法为用户提供持续的服务,用户需要根据卫星的通信覆盖范围不断切换接入新的卫星才能确保持续通信.针对大量用户同时切换,且有多颗卫星可以提供接入服务的场景,提出一种基于演化博弈的低轨卫星群组切换算法.根据用户的网络满意度、带宽价格满意度以及所需的带宽进行分组,由簇头决定同组用户在切换时的接入卫星,卫星为了保障负载能力和确保收益会调整带宽的价格,影响簇头的接入决策.通过建立用户与卫星的演化博弈模型,利用博弈达到均衡状态,实现用户和卫星的效用最大化.仿真实验表明了算法的有效性和稳定性,该算法可为未来全球低轨卫星移动通信的用户切换提供参考.     

卫星时变网络中基于连接计划的最短路径优化算法

在卫星时变拓扑网络中,针对Dijkstra最短路径算法不能时刻保证路径最优的问题,结合卫星节点运动规律的确定性,研究分析了卫星网络拓扑动态变化的周期性特征,提出了一种基于连接计划(contact plan,CP)的最短路径算法(CP-Dijkstra).在低轨(low earth orbit,LEO)卫星系统中,首先根据不同时刻星间链路的时变连接情况形成动态CP,然后根据CP是否发生改变对信息进行不同的处理:当节点检查到CP未改变,则根据之前计算的最短路径进行转发;反之,则根据当前最新的CP重新计算到达目的节点的最短路径,直至信息成功转发到目的节点,从而确保信息经过的一系列路径序列为最短路径.仿真结果表明,与卫星时变网络中常用的动态虚拟拓扑路由(dynamic virtual topology routing,DVTR)算法相比,CP-Dijkstra算法不仅能够较好地提升网络吞吐量,而且可以有效地降低网络平均时延和丢包率.     

模糊神经网络的数据链中继切换算法研究

为了减少数据链终端在高速运动时迟滞电平切换(HYH)算法的乒乓效应及驻留时间切换(DWH)算法切换阈值过低所引发的问题,提出一种基于模糊神经网络的中继切换(FNNH)算法.该算法利用模糊神经网络理论,建立中继切换判断机制,动态调整切换阈值.在OPNET仿真条件下,进行通信终端以不同的速率、路径在中继站区域边界往返运动的实验.实验结果表明,相对于HYH算法和DWH算法,FNNH算法的切换次数明显减少和乒乓效应得到显著改善.     

LEO卫星IP网络组播路由算法

为了解决低轨(lowearthorbit,LEO)卫星网络中需要快速高效组播路由协议的问题,提出了一种新型LEO卫星IP网络组播路由算法。在分析建立LEO卫星网络拓扑模型的基础上,该算法利用了LEO卫星网络的自身特点,采用分布式迭代的计算模式,生成基于源端的组播路由树,大幅度地降低了算法的计算复杂度。仿真结果表明,和传统的LEO卫星网络组播路由算法相比,该算法具有较低的计算复杂度,生成的组播路由树具有较小的开销。相比于传统MRA算法,该算法生成的组播树中源点到组播成员节点的平均延时大约为前者的90%。     

A multi-path routing algorithm of LEO satellite networks based on an improved ant colony system

Geography rectangle is used to reduce signaling overhead of the LEO satellite networks.Moreover,a multi-path routing algorithm based on an improved ant colony system （MPRA-AC） is proposed.Matrix indicating the importance of the link between satellites is introduced into MPRA-AC in order to find the optimal path more quickly.Simulation results show that MPRA-AC reduces the number of iterations to achieve a satisfactory solution.At the same time,the packet delivery ratio of LEO satellite networks when running MPRA-AC and DSR-LSN （dynamic source routing algorithm for LEO satellite networks） is compared.The packet delivery ratio is about 7.9％ lower when running DSR-LSN.Moreover,because of the mechanism of active load balancing of MPRA-AC,simulation results show that MPRA-AC outperforms DSR-LSN in link utilization when data packets are transmitted in the networks.     

异构网络中基于门限和AHP的TOPSIS垂直切换算法

为提高异构网络系统吞吐量,减少乒乓效应,提出一种基于门限和层次分析法的切换算法(different threshold and AHP based TOPSIS vertical handoff algorithm,DTAT).DTAT算法考虑异构网络中的切换触发与切换判决两个方面.用户获得当前网络和目标网络的SINR(信干噪比)差值,根据该信干噪比差值与设定的切换触发门限的比较结果进行切换触发;利用层次分析法中的特征向量法来决定各个属性之间的权重关系,根据属性矩阵和权重向量,利用逼近理想值的排序方法(TOPSIS)得到用户当前网络与目标网络的判决值,选取最佳网络.仿真结果表明,DTAT算法能够根据各业务特点综合考虑各属性间关系,从而提高垂直切换的性能.     

基于深度图强化学习的低轨卫星网络动态路由算法

为了解决高移动性导致卫星网络路由难以计算的问题,融合图神经网络和深度强化学习,提出一种基于深度图强化学习的低轨卫星网络动态路由算法。考虑卫星网络拓扑和卫星间链路的可用带宽、传播时延等约束,构建卫星网络状态,通过图神经网络对其进行表示学习;根据此状态的图神经网络表示,深度强化学习智能体选择相应的决策动作,使卫星网络长期平均吞吐量达到最大并保证平均时延最小。仿真结果表明,所提算法在保证较小时延的同时,还能提升卫星网络吞吐量和降低丢包率。此外,图神经网络强大的泛化能力使所提算法具有更好的抗毁性能。     

基于拥塞避免的卫星网络路由算法

提出一种基于低轨道和静止轨道星座的双层网络新路由算法, 利用低轨道卫星及其星间链路构成的网状拓扑对星上路由进行计算, 并通过拥塞避免和数据包分类机制进行优化, 解决了卫星网络中由于业务流量大而导致的网络拥塞问题. 仿真结果表明, 该方法降低了网络平均端到端的时延和平均丢包率, 从而提高了网络性能.     

一种新的基于DCRS的LEO信道分配策略

为提高LEO(low earth orbit)卫星通信系统中系统的信道利用率,在小区用户分布不均匀的前提下,基于动态分配预留保护信道DCRS(dynamic channel reservation scheme)的方法,提出了一种适合于LEO卫星通信系统的信道分配策略.该策略能根据系统中切换呼叫和新呼叫的比例,动态地分配预留的保护信道.仿真结果表明,与传统的固定分配预留保护信道FCRS(fixed channel reservation scheme)的策略相比,在保证一定切换呼叫阻塞概率的情况下,该策略能有效地降低新呼叫阻塞概率,提高信道利用率和系统的QoS(quality of service).     

改进Markov过程的异构无线网络垂直切换算法

针对当前异构无线网络垂直切换算法存在切换次数多, 服务质量难以满足实际应用需要的问题, 以获得更优的异构无线网络服务质量为目标, 提出一种基于改进Markov过程的异构无线网络垂直切换算法. 首先, 建立异构无线网络整体性能评价指标体系, 然后采用灰色关联分析法确定网络整体性能评价指标的权重值, 最后利用Markov决策过程对异构无线网络的状态进行预测, 选择最优的接入网络, 并通过异构无线网络垂直切换的仿真对比实验测试和分析其性能. 实验结果表明, 相对其他异构无线网络垂直切换算法, 该算法可降低平均切换次数, 避免了频繁切换现象的发生, 大幅度减少了网络数据传输的丢包率, 改善了用户满意度, 获得了更高的服务质量.     

基于遗传算法的机器人综合路径规划

为解决机器人路径规划问题,在极坐标系下利用遗传算法,依据多属性决策理论提出了新的综合适应度函数。采用基于该适应度函数的遗传算法可首次规划出满足路径、时间和耗能3个约束属性的最优路径。同时引入理想适应度函数,并基于引入的理想适应度函数,提出一种新的变异算子,该变异算子可保证个体变异的方向性,对优异的父代个体有较小变异、劣质个体有较大变异。仿真结果验证了算法的可行性和有效性。     

低轨道卫星功率带宽资源联合分配方法

由于低轨道卫星星上功率和带宽资源有限,设计有效的资源分配方法具有重要的意义.基于此提出了一种低轨道星间功率带宽资源联合分配方法,提高了星间资源分配的公平性和网络业务承载能力.该方法应用地面站数目和星地链路存在时间刻画星间链路容量的比例,将星间资源分配问题归纳为非线性混合整数规划问题.通过引入动态可行域,定义二元变量更新操作来改进燕子群算法,用于优化模型求解.仿真得出卫星瞬时吞吐容量和瞬时网络容量变化具有周期性,并伴有随机波动,所提方法牺牲了网络容量,获取了星间资源分配的公平性.     

LEO卫星网络中TCP协议性能及路由策略研究

该文分析了低轨卫星网络中TCP报文盲目重传的原因,采用预切换方法,提出了避免了报文盲目重传路由策略.采用OPNET仿真软件对改进的策略进行了仿真,结果表明:提出的路由策略能够有效避免LEO卫星网络中数据包盲目重传,改善了TCP连接性能,并且与地面Internet网络具有很好的兼容性.