LEO卫星星座路由算法研究与仿真

论文摘要

卫星通信网络在通信导航、资源探测、环境与灾害监测等方面具有特殊的功能和作用,可以作为地面网络的补充和容灾备份通信方式。LEO卫星具有低时延、研制周期短、技术新、成本低等特点,可以以LEO星座网络的形式来执行空间任务。路由问题是空间网络中的基本问题,对提高数据传输的时效性和可靠性有着重要的意义。LEO星座网络具有拓扑动态变化、节点存储和计算能力有限、星际链路传输时延长、承载数据流量分布不均衡等特点,使其路由技术面临新的挑战。本课题以AODV路由协议为参考,针对LEO卫星星座网络的特点,提出了一种多路径负载均衡按需路由算法MBR。本文主要工作如下:首先根据LEO卫星链路和拓扑变化的特性,分析得出了LEO卫星星座网络中进行路由寻径的关键技术:自适应路由、多路径和负载均衡。其次对MBR路由算法进行分析与设计。针对现有协议自适应性不强和未考虑需求不平衡等缺点,MBR算法引入了多路径技术和基于多路径的负载均衡技术,并证明了多路径算法所获取的多条路径间的独立性。然后对MBR算法进行了详细设计和实现,建立了网络拓扑和卫星节点模型,实现了MBR算法的进程模型。最后通过OPNET仿真软件建立针对性的仿真环境来对本文提出的MBR算法进行仿真验证。仿真结果表明MBR算法在理想情况和有节点失效的情况下均能降低路由错误次数、提高报文传输率,能够有效地运行在LEO卫星网络上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 卫星网络特点
• 1.2.1 卫星轨道分类
• 1.2.2 卫星星座
• 1.2.3 卫星网络特点
• 1.3 LEO 卫星网络路由的关键技术
• 1.3.1 高动态拓扑适应性
• 1.3.2 容错抗毁性
• 1.3.3 高效性
• 1.3.4 网络流量变化适应性
• 1.3.5 对组网结构的低依赖性
• 1.4 AODV 路由协议
• 1.5 本文的主要工作
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 拟解决的问题
• 1.6 本文的组织结构
• 第二章 LEO 卫星网络路由及相关研究
• 2.1 卫星网络路由研究综述
• 2.1.1 卫星网络层次结构
• 2.1.2 卫星路由协议综述
• 2.2 关键技术问题
• 2.2.1 自适应路由
• 2.2.2 多路径
• 2.2.3 负载均衡
• 2.3 本章小结
• 第三章 MBR 路由算法设计
• 3.1 算法基本描述
• 3.1.1 设计思想
• 3.1.2 算法机制
• 3.1.3 报文结构
• 3.1.4 路由表存储
• 3.1.5 协议流程
• 3.2 多路径算法
• 3.2.1 多路径分类
• 3.2.2 算法流程
• 3.3 链路无关性和节点无关性证明
• 3.3.1 符号表示
• 3.3.2 多路径的链路无关性
• 3.3.3 多路径的节点无关性
• 3.3.4 特定拥塞时的情况
• 3.4 负载均衡方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 MBR 路由算法仿真实现
• 4.1 总体设计
• 4.1.1 实现环境
• 4.1.2 网络拓扑
• 4.1.3 节点模型
• 4.2 详细实现
• 4.2.1 协议处理流程
• 4.2.2 进程模型
• 4.2.3 多路径算法
• 4.2.4 多路由表操作
• 4.2.5 统计量更新
• 4.2.6 节点随机失效
• 4.3 本章小结
• 第五章 仿真结果分析
• 5.1 仿真实验
• 5.1.1 业务模型
• 5.1.2 对比协议的选取
• 5.1.3 关注的统计量
• 5.2 与AODV 的性能对比
• 5.2.1 无失效节点
• 5.2.2 有失效节点
• 5.3 与现有星座路由算法对比
• 5.3.1 无失效节点
• 5.3.2 有失效节点
• 5.4 结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 论文的研究成果
• 6.1.1 主要工作
• 6.1.2 创新点
• 6.2 进一步的工作
• 6.2.1 增加预知生命期机制
• 6.2.2 度量值的改进
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果