LEO/MEO卫星通信系统ISL网络路由及切换性能研究

为了研究高度不同的卫星通信网络的路由和切换性能,采用Walkerdelta型星座构成两种非静止轨道卫星通信系统,分析和比较了LEO和MEO卫星通信网络构成特点和星间链路的俯仰角、方位角和星间链路长度变化。采用不同的路由策略以满足不同服务质量的要求,分析该策略下的卫星网络性能。设计了一种混合路由策略,综合考虑时延、时延抖动、切换和通信中断4项指标,进而比较不同高度的两种卫星网络应用不同路由策略时的性能。结果表明,混合路由策略上述服务质量的综合指标最优,该策略能够为各种用户提供不同的服务质量,提高卫星通信系统有效性和可靠性。     

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。     

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.     

星上抽样侦听统计自适应多址接入协议

提出一种新颖的多址接入协议—星上抽样侦听统计自适应多址接入协议。该协议考虑到卫星链路长时延特点,在星上对上行链路信道进行抽样侦听,统计每一固定的时间片中上行信道忙/闲比例,计算出各站最合理的分组发送概率,并通过下行链路广播到各站,以实现发送概率的自适应控制。理论分析和仿真结果表明:该协议可将上行链路的吞吐率提高并稳定到最大值区间附近,使端到端传输时延明显减小,且实现简单     

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。     

星间链路及区域不均匀对路由性能的影响

研究了星间链路(ISL)约束及区域不均匀性对LEO移动通信星座的路由时延和呼叫阻塞概率(CBP)的影响。构建了完整而精确的LEO移动通信星座模型。考虑星间链路约束,完成了星间可视计算,得到了星间链路表和链路时延;从覆盖区域和覆盖时间两方面考虑区域不均匀性,完成了星座覆盖计算,并提出了一种根据星座覆盖估算链路呼叫阻塞的方法;利用改进的遗传算法(GA)完成了路由时延和呼叫阻塞的同时优化,得到了最佳路由。仿真结果表明:星间链路约束及区域不均匀性影响到路由的有效性和安全性,二者在路由优化中的应用可以大大改善路由的性能。     

基于LMI的网络化切换系统的鲁棒控制

为了克服时延和不确定参数对系统性能的影响,利用Lyapunov稳定性理论,设计了一种新的切换观测器和相应的切换控制器,给出了对任意切换规则和延迟周期数,都能保证整个闭环网络化切换系统稳定的充分条件。最后给出了求解切换观测器增益和切换控制器增益的锥补线性化方法,仿真实例说明了所提方法的有效性。     

面向多媒体业务的MANET多尺度稳定链路模型

分析了影响链路稳定性的重要因素,并将其分为任务管理、拓扑管理和信道质量3类因素。在此基础上,提出了一种多尺度稳定链路模型,将此3类指标输入到多属性多权重的中间模块中进行权重分配和加权平均,最终形成综合指标,用以指示链路稳定性。同时利用卡尔曼滤波对模型中检测值进行预测分析,提升模型的稳定性和可靠性。最后,采用本模型对优化链路状态路由协议的路由选路策略进行了优化设计,并在QualNet环境下进行了仿真。仿真实验表明,改进后的协议在报文接收率、吞吐量、端到端时延等方面都有一定的提升,有效地提高了对多媒体业务的服务质量保证能力。     

卫星数传OFDM信号的多普勒效应影响分析

正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)信号具有较高的频谱效率,有利于实现高速传输。在卫星对地高码率数据传输系统设计中,OFDM有助于解决带宽资源的问题,因此极富吸引力。但是,由于近地轨道(low earth orbit,LEO)星地链路的大动态特性,传输信号会遭受严重的多普勒效应影响。对于宽带OFDM信号而言,多普勒效应的表现形式更为复杂,不再仅仅是频率的偏移。分析宽带OFDM信号在LEO卫星对地数传链路中所受到的多普勒影响。首先,对卫星数传链路进行数学建模,并且推导出该大动态场景下的OFDM信号模型;之后,量化分析由于多普勒效应所产生的符号间干扰和载波间干扰。根据理论分析结果,给出OFDM体制在LEO星地数传应用中的设计要求和设计局限。     

基于定期不完美主动切换策略的温备系统运行优化模型

对于备份系统的运行,备份单元通常在主用单元发生故障后切换到运行状态,这种切换策略称为普通切换策略.然而,卫星上的一些关键子系统在轨运行时采用了一种新的定期切换策略,针对这两种策略的优劣比较问题,本文基于定期主动切换策略提出了温备份系统运行策略优化模型.首先引入了单元的虚拟寿命理论,再在单元寿命服从任意分布类型下,考虑切换装置可能故障,推导出了温备份系统的可靠度和平均失效时间的解析表达式,然后通过最大化温备系统的平均失效时间来获得优化的定期切换间隔.最后,以威布尔分布下卫星上的陀螺仪温备份子系统为例,说明了模型的适用性和有效性,并对相关参数进行了敏感性分析.     

Vertical handoff algorithm in heterogeneous networks to maximize system benefit

A new vertical handoff decision algorithm is proposed to maximize the system benefit in heterogeneous wireless networks which comprise cellular networks and wireless local area networks (WLANs). Firstly the block probability, the drop probability and the number of users in the heterogeneous networks are calculated in the channel-guard call admission method, and a function of the system benefit which is based on the new call arrival rate and the handoff call arrival rate is proposed. Then the optimal radius of WLAN is obtained by using simulation annealing (SA) method to maximize the benefit. All the nodes should handoff from cellular network to WLAN if they enter WLAN’s scope and handoff fromWLAN to cellular network if they leave the scope. Finally, the algorithm in different new call arrival rates and handoff call arrival rates is analyzed and results show that it can achieve good effects.     

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.     

虚拟环境中一种基于用户QoS的切换策略

随着计算技术的快速发展,移动终端以其便携和移动的特性越来越多的应用于分布式虚拟环境当中。在支持移动终端的分布式虚拟环境中,切换是体现移动终端交互特性以及移动特性的关键问题。传统的切换策略大多以Received Signal Strength Indication(RSSI)作为是否需要进行切换的唯一依据,但是由于获得RSSI的信道扫描阶段较为耗时不能满足分布式虚拟环境中用户对实时性的要求。针对这个问题,给出了在WLAN环境下支持移动终端的分布式虚拟环境中一种基于用户QoS的切换策略。该方法通过对应用层可检测的特征进行分析,结合用户QoS综合作为信道扫描时机的判定条件。通过减少扫描次数,达到降低扫描延迟的目的,并在扫描/切换过程中采用DR(Dead Reckoning)算法来降低系统延迟造成的用户跳变感。试验证明,该方法较传统的切换策略更为灵活,对系统造成的延迟更小,并能很好的满足用户QoS需求。     

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)网络的信噪比(signal to noise ratio, SNR)预测方法,并利用预测的SNR调整系统的调制与编码方案(modulation and coding scheme, MCS),使其与快速变化的信道相匹配。仿真结果表明,提出的基于LSTM网络的SNR预测方法可以达到较高的准确度,并且根据预测的SNR实时调整MCS的方案大幅度地提高了系统的总吞吐量。     

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…     

多业务CDMA蜂窝移动通信系统的软切换研究

研究了多业务CDMA蜂窝移动通信系统的软切换参数 (如有效集增加门限、有效集删除门限等 )对系统性能产生的影响。对呼叫中断概率以及软切换率与有效集增加门限、有效集删除门限的关系进行了仿真 ,并得到了相应的结论 ,从而可以确定有效集增加门限和有效集删除门限的合理取值 ,对实际系统的设计和参数取值具有一定的指导意义     

低轨预警星座通信网络的路由算法

路由技术是低轨预警星座通信网络需解决的关键技术之一。设计了低轨预警星座通信网络的拓扑结构。提出了多约束最优路由模型,该模型将链路的时延、切换率和可用带宽转化为传输费用,表示了时延和跳数受限的最小费用路由问题。给出了求多约束最优路由问题的最优解算法,此算法通过缩小可行路径的搜索空间降低计算复杂性。仿真结果表明,该路由算法的复杂性和切换性能优于同类算法,适合于星上在线路由计算。     

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。