基于Ｐｅｔｒｉ网的低轨星座空间覆盖属性分析

针对低轨（low earth orbit, LEO）星座系统的空间覆盖性能,提出应用着色Petri网（colored Petri net, CPN）建模仿真分析星座对目标空间覆盖属性的方法。通过低轨探测星座系统的三层CPN建模和仿真,分析整体星座的逻辑结构特性和多星动态协同事件操作流程及操作事件的因果/并发时序关系,创建了一种LEO探测卫星对任意时间、任意地点和任意弹道的空间目标覆盖属性研究途径,以获得星座对任意来袭目标的最优探测操作流程。     

基于动态任务合成的多星观测调度方法

合成观测可以提高卫星的观测效率,研究了遥感卫星的动态合成观测调度问题.分析了卫星对多个任务合成观测的条件,在此基础上,建立了任务需求度、资源竞争度以及任务合成中的最小侧摆、最小数据冗余启发式,提出了基于动态任务合成的多星观测调度启发式算法.仿真实例表明,此方法可以有效提高卫星的观测效率.     

基于深度强化学习的卫星光网络波长路由算法

针对由卫星光网络拓扑动态变化、业务多样化和负载不均引起的路由收敛慢和波长利用率低的问题, 提出了一种基于深度强化学习的卫星光网络波长路由分配方法。基于软件定义中轨/低轨(medium earth orbit/low earth orbit, MEO/LEO)双层卫星网络架构, 利用深度强化学习算法动态感知网络当前的业务负载和链路状况, 构造基于时延、波长利用率和丢包率的奖励函数进行选路决策。为了解决单跳链路对整个光路的影响, 引入链路瓶颈因子, 搜索符合服务质量(quality of service, QoS)约束的最优路径。研究结果表明, 与传统卫星网络分布式路由(satellite network distributed routing algorithm, SDRA)算法和Q-routing算法相比, 所提算法降低了网络的时延、丢包率, 提高了波长利用率, 同时也降低了高优先级业务的阻塞率。     

卫星合成观测调度的最大覆盖模型及算法研究

遥感卫星采用合成观测方式可以提高观测效率,研究了遥感卫星合成观测调度问题.通过分析观测活动与目标的覆盖关系,建立了考虑任务优先级的最大覆盖模型.分析了观测活动性质,并基于观测活动间存在时序关系特征,将问题按照卫星的最大侧摆次数划分为多个阶段,提出了基于动态规划思想的算法,能够在多项式时间内得到问题的最优解.测试算例验证了算法的有效性.     

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。     

面向双层卫星网络的多业务负载均衡算法

卫星网络中由于卫星高动态拓扑和地面用户分布不均,导致卫星网络易出现区域负载失衡。设计高效的动态路由算法是当前卫星网络的研究热点,为此,提出了一种面向双层卫星网络的多业务负载均衡算法。该算法根据卫星链路上的数据传输量进行拥塞判断,根据链路时延因素和链路负载因素进行负载代价计算,不同服务质量(quality of service, QoS)需求的业务进行不同路径选择,通过分流均衡网络流量。仿真结果表明,该算法能够减少数据包的排队时延和丢包率,提高整网吞吐量。     

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.     

GEO卫星移动通信系统的动态切换算法

与地面蜂窝系统相比,GEO卫星移动通信系统具有波束覆盖大、信号传输时延长、星上资源受限和终端移动速度分布跨度大的特点.为此,从GEO卫星移动通信系统的特点出发,提出一种根据导频信号接收强度和移动终端速度估计,对平均窗口长度和滞后余量取值进行自适应调整,且易于实现的动态切换算法.系统建模仿真结果表明,与传统算法相比,该切换算法降低了链路衰落率和切换时延,避免了不必要的切换,对高速终端具有较好的适应性.     

一种适应资源变化的电磁探测卫星动态调度方法

针对卫星资源随机故障(恢复)情况,结合电磁探测卫星约束特点,建立了基于条件约束满足问题(CCSP)的多星动态调度模型,提出了基于记忆效应Squeaky-Wheel Optimization(SWO)的电磁探测卫星多星动态调度算法.根据仿真数据进行实验及分析,表明该方法能有效解决卫星资源动态变化的电磁探测卫星多星动态调度问题.     

分布式卫星系统协作任务分配模型及优化算法

面向未来分布式卫星系统(DSS)自主协作运行模式,对DSS任务优化分配问题进行了分析和建模.在此基础上给出任务组的概念,并利用集覆盖理论将任务分配问题转化为集覆盖问题.从而引入MAS理论中的合同网协议,以系统完成任务目标的总耗能最少为原则,加入限定卫星可回应子任务数的约束后,提出了一种基于合同网的严格启发式的优化算法对分配模型进行求解.同时,证明了算法搜索结果的上确界;分析了算法的收敛性和时间复杂度.该算法具有分布性,搜索空间缩减快,适合于中小规模的任务分配.     

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…     

基于GNSS的5G基站高精度时间同步组网算法

基于物联网定位等需求,增强5G移动通信基站之间的时间同步精度有望达到纳秒级。基于“邻域相似性”原理,针对5G基站利用全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)进行授时时，由于可视卫星集合不同造成接收机之间时间同步误差较大,提出一种基站GNSS接收机组网算法,用以消除邻域差异,提高相互邻近的各5G基站之间的时间同步精度,并对该算法进行了实验验证。结果表明,该算法有效解决了由于可视卫星集合不同造成的时间同步误差较大的问题,提高了5G基站之间的时间同步精度。     

基于GNSS的5G基站高精度时间同步组网算法

基于物联网定位等需求,增强5G移动通信基站之间的时间同步精度有望达到纳秒级。基于“邻域相似性”原理,针对5G基站利用全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)进行授时时,由于可视卫星集合不同造成接收机之间时间同步误差较大,提出一种基站GNSS接收机组网算法,用以消除邻域差异,提高相互邻近的各5G基站之间的时间同步精度,并对该算法进行了实验验证。结果表明,该算法有效解决了由于可视卫星集合不同造成的时间同步误差较大的问题,提高了5G基站之间的时间同步精度。     

LEO卫星网络指针转发位置管理策略

针对LEO卫星网络移动用户在全球范围内活动,其注册的VLR与HLR距离很远,信令代价大,如果MT的每次位置注册都要更新HLR中的记录,将会导致大量的信令开销。提出的一步指针转发策略,其主要思想是MT的位置更新信息不告知HLR,而在旧VLR中建立一指针指向新VLR,从而大大降低了MT位置更新代价。仿真结果显示此策略特别适用于MT来回注册现象频繁的LEO卫星网络,性能改善非常明显。     

低轨卫星通信中SCMA系统载波同步算法设计

为了提高低轨卫星通信频谱利用率及对抗存在的大多普勒频移, 考虑将稀疏码多址接入(sparse code multiple access, SCMA)技术应用于低轨卫星通信,提出一种针对SCMA系统的数据辅助载波同步方案。该同步方案的频偏、相偏估计算法分别采用分步相关法和最大似然法。同时, 根据所提分步相关算法的特点, 优化了导频和数据组成的分布图样。仿真结果表明, 以6个用户共享4个资源块的系统为例, 基于优化帧结构的载波同步方案可以利用较少的导频开销获得比使用经典帧结构的更高估计精度和更好误码性能。     

同步卫星多用户接入控制及切换的优化算法

主要研究在同步轨道卫星中的多用户接入控制方案,分析了现有时分多址接入（time division multiple access, TDMA）的优缺点,在基于TDMA的情况下给出了改进的自由接入/优先级按需分配接入方式（free access/priority demand multiple access, FA/PDMA）,保证多用户接入时的公平性,以及在业务量不断增大的过程中,如何在大传播距离下通过优化现有的多址接入算法来确保用户的接入时延和端到端时延;并提出了用户在高速移动过程中卫星之间的切换策略算法。最后用OPNET仿真软件搭建网络平台,和TDMA进行对比仿真分析,得出结论,实现在大时延情况下,用户的实时接入和不同卫星之间的有效切换。     

区域覆盖星座结构与参数同时优化的进化算法

针对区域覆盖卫星星座的优化设计问题,设计了一种能同时优化星座结构和参数的进化算法。算法采用固定长度的染色体编码,由星座可能的最多轨道面数和各轨道面内最多卫星数目确定的最多变量个数决定染色体编码长度。根据个体星座的轨道面数和各轨道面卫星数的实际值确定染色体中哪些基因是冗余的,并将这些冗余的基因设为隐性,达到可变维数优化的目的,从而实现星座结构的优化。染色体采用二进制/实数混合编码的方式处理同时具有整数/连续变量的星座优化问题,二进制编码部分采用二进制的进化算子,实数编码部分采用一组星座设计专用的进化算子。在一个虚拟的区域海洋监视卫星星座优化设计中的应用显示了该算法的有效性。     

Novel optimized routing algorithm for LEO satellite IP networks

A lot of routing algorithms have been proposed for low earth orbit(LEO) satellite IP networks in recent years,but most of them cannot achieve global optimization.The dynamic characters of LEO satellite networks are reflected in two aspects:topology and traffic change.The algorithms mentioned above are hard routing which only realize local optimization.A distributed soft routing algorithm combined with multi-agent system(MASSR) is proposed.In MASSR,mobile agents are used to gather routing information activel...