卫星网络密钥管理模型设计与仿真

密钥管理系统为网络中的各节点提供密钥的分配和更新服务,是实施网络安全服务,保证信息安全的基础.针对卫星网络的结构和通信特点,设计了一种新的包含会话密钥、主密钥和公钥的密钥管理模型.首先,设计了公钥更新协议,并对其安全性进行了分析;其次,通过对比分析,对会话密钥更新和主密钥更新的策略进行了设计,并对其安全性以及效率进行了详细分析.最后,在卫星网络仿真环境下实现了密钥更新过程.结合仿真测试数据,与IBM混合密钥管理模型进行比较,并给出了设计密钥更新策略时的重要参考依据.     

基于位置感知的大规模LEO星座分布式路由算法

针对传统星座路由算法应用在大规模低地球轨道(low earth orbit, LEO)星座中, 存在鲁棒性差、资源开销大、路由效率低等缺点。根据卫星运行时的位置可预测特性, 提出了基于位置感知的分布式路由算法。考虑卫星资源受限, 大规模LEO星座具有卫星节点多、动态性大等特点, 基于位置感知提出一种路径预选机制, 初步确定数据包的传输路径。在此基础上, 考虑业务服务质量(quality of service, QoS)需求, 基于状态和传播矢量函数提出一种路径收敛机制, 无重合确定数据包传输主路径和备用路径。理论和仿真结果证明, 相比于传统路由算法, 所提算法降低了路由存储和开销, 随着中断概率的增大, 提高了星座的吞吐量, 降低了端到端时延。     

一种基于优先级的卫星网络AQM算法

针对卫星网络大带宽、长时延、高误码等特点,结合控制理论,提出了一种基于优先级的卫星网络主动队列管理（active queue management, AQM）算法。首先,借鉴控制理论中比例-积分-微分（propertional integral derivative, PID)控制器设计方法计算总的报文丢弃概率-然后,针对IN和OUT两种不同优先级报文定义不同的丢弃概率,以实现不同优先级业务流量的区分服务。仿真实验表明,相对于低优先级流量,高优先级业务在保持高吞吐量的同时具有较低的报文丢失率,且整体队列长度抖动小,从而实现高优先级流量报文的有效保护。     

卫星网络的数学模型和路由算法研究

对卫星网络路由算法研究中存在的问题进行了分析.建立了卫星网络的多约束数学模型,该模型表示了多约束条件下的最小代价问题.在数学模型研究的基础上,对多约束路由算法进行研究,得到一种多约束切换最优路由算法.该算法能够有效地降低路径的切换概率,能够提高计算效率,通过分析表明该算法具有较好的性能.     

改进的卫星网络多路径并行传输算法

针对传统多路径并行传输（concurrent multi-path transfer, CMT）协议无法适应卫星网络高误码特性,提出了一种CMT改进算法。首先,在缓解接收端缓存阻塞的基础上,根据链路中传输的传输序列号(trans-mission sequence number, TSN)相对连续的分组时延抖动,正确判断网络的拥塞状况;然后,接收端选取返回时延最短的路径,将拥塞因子及时反馈给源端,源端调节相应链路的拥塞窗口,调整注入网络的数据量。仿真结果表明:本文算法在缓解因卫星链路差异造成的接收缓存阻塞的同时,能够根据网络状况自适应区分拥塞与误码,实现链路的高效利用。相对于传统CMT协议,改进的CMT协议在网络吞吐量、窗口抖动、时延和丢包率等方面都有明显提高。     

一种新的基于DPRQ的LEO系统信道分配策略

在小区用户分布不均匀的前提下,基于动态优先预留排队切换DRPQ(Dynamic Priority Reserrvation Queue Scheme)提出一种适合于LEO卫星通信系统的信道分配策略,该策略能为高速业务和低速业务提供动态的优先级,按照优先级高低决定资源的分配.仿真结果表明,与传统的固定分配预留保护信道FCRS(FixedChannelReservation Scheme)的策略相比,该策略有利于在不同速率业务间根据具体用户的优先级均衡无线资源的分配.     

支持语义验证的卫星网络仿真框架研究

为保证卫星网络仿真异构模型和服务的可重用性和互操作性,支持仿真的正确性验证,使用基于本体的集成工具Protégé和推理机Pellet建立了支持语义的卫星网络仿真框架.在分析支持语义的仿真验证概念基础上,明确了卫星网络集成仿真框架的实现目标,并提出仿真框架三维视图.针对卫星网络覆盖特性仿真任务,根据仿真框架生成的一致性仿真实例,开发了仿真应用并给出仿真分析结果,证明仿真框架可以保证仿真应用的语义正确性.     

基于双重窗口的MEO-LEO卫星网络路由切换检测

MEO-LEO卫星网络路由是新一代卫星通信系统中要研究的一个重要问题,但目前对卫星路由切换检测的意义和实现还缺乏深入研究.结合空间环境因素建立了多尺度路由切换基准,提出了一种基于双重窗口的卫星网络路由检测算法,可以直接确定路由切换时间点,简化星上路由表来减少星上路由存储开销,并提供针对失效节点和失效链路的适应性.最后通过仿真分析和比较,验证这种算法在有/无失效节点情况下的检测查全率和查准率都达到90%以上,能够提供准确依据优化卫星网络集中式路由机制.     

LEO卫星可见性的快速仿真算法

研究LEO卫星可见性的快速算法在事件驱动和时间步进的实时仿真环境中具有非常重要的意义.首先对LEO卫星的运动特点进行理论分析,引入了可视球冠的概念并给出了一些新的计算公式.然后在此基础上提出了计算LEO卫星可见期的变轨交圆补偿(SOICC)算法.与以往的方法不同,本算法采用变倾角的大圆近似可视窗口内的星下点轨迹并建立了补偿方法.仿真结果表明本算法的可见期误差约为0.152%,可见始末时刻的误差约为0.92秒,具有很高的精度.     

卫星网络时隙分配算法与路由规划优化

星间链路的应用在增加网络连通性和提升网络性能方面是至关重要的。然而,对于大规模、高动态的卫星网络,实时的星间链路设计和路由规划变得非常有挑战性。为了克服这个难点,本文研究了动态卫星网络中的时隙分配与路由规划问题,并将其建模为一个整数线性规划问题。为了降低问题求解的复杂度,该问题被近似地分解为两个独立的子问题,包括时隙分配问题与路由规划问题。第一个子问题仍然是一个整数规划问题,本文结合匹配理论与拉格朗日松弛方法设计了一个低复杂度但是高效的求解算法。然后,针对第二个子问题,考虑业务的优先级,设计了一个低花费的路由算法。最后,仿真结果验证了方法的可行性与有效性。     

Research on handover algorithm to reduce the blocking probability in LEO satellite network

1.INTRODUCTIONDue totheli mitation of economy andtechnology,theterrestrial networks can only cover some li mited ar-eas.With the increasing demands for real-ti me andinteractive multi media services and mobility,satellitecommunication networkis surely going to be the i m-portant component of the universal mobile telecom-munications system(UMTS)which has been charac-terized by global seamless coverage,mobility and highQoS.For its merits of low propagation delays andglobal seamless covera…     

低轨卫星辅助的干扰源位置确定

为提高针对影响同步通信卫星正常工作的地面干扰源定位精度,回避无邻近卫星无法定位问题,提出低轨卫星辅助的新方法。该方法充分利用低轨飞行所带来的长基线、近距离的好处,并以多普勒差为观测变量,卫星轨道参数为待估参数,可进一步改善定位精度。针对建立的定位数学模型进行计算,其结果显示,当低轨卫星的高度在5000km时,全区域定位精度优于1km。     

基于LSTM的LEO卫星链路自适应算法

低地球轨道(low earth orbit,LEO)卫星由于其传输损耗低、地面干扰小等优点成为空天地一体化网络的重要组成部分.由于星地传输链路的时延大,现有卫星通信过程无法实时地进行信息交互,导致系统无法适应信道的变化.针对这个问题,提出了基于长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络的信...     

Buffer management optimization strategy for satellite ATM

1.INTRODUCTIONIn order tosupport integrated services and provide differ-ent quality of service(QoS)guarantees,asynchronoustransfer mode(ATM)technology is advocated in manymulti media broadbandsatellite systems that are under de-velopment worldwide[1].As the performance of satellitechannelsis muchlessreliablethanthose of terrestrial fiberoptics,satellite systems haveto deal withthis problemonphysical layer andlinklayer.For example,somelinklay-er control(LLC)protocols based on ARQ(autom…     

频域相关器在低轨小卫星中的应用

针对频域相关器在频域上进行直接序列扩频信号的捕获,可以显著地加快捕获速度,缩短捕获时间,在进行直接FFT补零做法的性能分析后,指出直接补零会带来性能的恶化。然后提出了一种新的算法,即把频域相关长度加倍,证明它可以完美地解决频域相关器的FFT长度不匹配的问题,同时与时域相关器相比,仍然大大地降低了计算量,缩短了捕获时间,并给出了在基于数字信号处理器(DSP)实现时频域相关器和时域相关器的计算量比较结果。     

Key issues of multiple access technique for LEO satellite communication systems

The large carrier frequency shift caused by the high-speed movement of satellite (Doppler effects) and the propagation delay on the up-down link are very critical issues in an LEO satellite communication system, which affects both the selection and the implementation of a suitable access method. A Doppler based multiple access technique is used here to control the flow and an MPRMA-HS protocol is proposed for the application in LEO satellite communication systems. The extended simulation trials prove that the proposed scheme seems to be a very promising access method.     

基于Hill方程近地卫星模型预测轨道保持方法

近地卫星偏离标称轨道的过程可以表示为该卫星和一个在标称轨迹上运行的"虚"卫星的相对运动,服从Hill方程。在此基础上建立一种在线控制方法,利用模型预测控制(MPC)进行轨道优化和偏差消除,使用多变量优化的控制算法,将控制量的大小与轨道器的轨道偏差联系起来,形成反馈系统,通过给出开环和前馈-反馈闭环两种形式的控制方程,建立基于甚小推力发动机多次点火的轨道控制方法,从而确定控制量将卫星轨道实时保持在偏差管道内。     

一种适用于我国的TDRSS星座方案

提出了一种适用于我国的跟踪与数据中继卫星系统(tracking and data relay satellite system,TDRSS)星座方案。系统以中轨卫星星座为基础,由卫星星座、星际链路和地面信关站组成,可为我国的低轨航天器与地面站之间提供不间断的数据链路。理论分析和仿真结果表明,采用该星座方案的卫星中继系统能全天时覆盖全球低空空域,有较好的对地覆盖特性。