空间信息网拓扑重构方案的设计与实现

论文摘要

空间信息网是由部署在不同空域的通信设备组成的天空地一体化“混成网络”,具有立体的网络结构和自组织的特点。空间信息网节点的移动性、无线通信的脆弱性以及设备按需的状态变迁,会造成网络拓扑不断发生故障或改变,对相关协议运行产生巨大影响。使用拓扑重构技术来保持网络结构的相对稳定和可靠,提高网络自适应的自主更新能力,对保证网络高效稳定运行具有重要意义。围绕空间信息网具有三维网络拓扑结构的特点,针对空间信息网多节点故障或群体编队节点迁移造成网络分割、导致网络性能严重下降的故障情况,提出一种空间信息网基于三维空间晶格划分和可移动冗余节点重部署的拓扑重构方案并设计空间信息网网络拓扑性能评估模型。方案包括三个阶段：首先,选择合适形状、合理大小、具有空间填充能力的多面体晶格划分空间信息网覆盖的空间区域,设计节点填补规则；然后,判断实现网络强连通恢复所需要填补的晶体单元格和可移动的冗余节点,恢复三维网络拓扑连通性；最后,建立由晶体单元格和冗余节点为元素的二分图使用填补代价为二分图中的边赋权,通过求解赋权二分图最优分配得到可移动冗余节点的迁移方案,实现网络拓扑优化。采用网络模拟软件对拓扑重构前后的网络性能进行对比分析,结果表明：该方案能有效迅速实现网络拓扑的重构自恢复,保证网络的抗毁性,同时使网络具有良好的成功分组投递率、数据传输延迟等性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 空间信息网概述
• 1.2 空间信息网网络模型
• 1.2.1 航天器
• 1.2.2 临近空间飞行器
• 1.2.3 海陆系统
• 1.3 空间信息网的特点
• 1.4 空间信息网拓扑重构问题的提出
• 1.4.1 空间信息网拓扑重构的研究意义
• 1.4.2 空间信息网拓扑重构的研究内容
• 1.5 技术路线
• 1.6 论文的组织结构
• 第2章 网络重构技术研究现状
• 2.1 网络重构技术的提出
• 2.2 网络层重构
• 2.3 网络拓扑级重构
• 2.3.1 拓扑重构方法
• 2.3.2 拓扑重构的实现机制
• 2.4 重构算法的性能评价指标
• 2.5 拓扑重构典型算法
• 2.5.1 主动拓扑重构算法
• 2.5.2 被动拓扑重构算法
• 2.6 小结
• 第3章 空间信息网拓扑重构方案设计与实现
• 3.1 空间信息网拓扑重构方案的基本思想
• 3.1.1 空间信息网拓扑重构的要求
• 3.1.2 方案的基本思想
• 3.2 定义假设及符号说明
• 3.3 空间信息网拓扑重构方案
• 3.3.1 三维网络覆盖空间的划分
• 3.3.2 节点填补规则设计
• 3.3.3 冗余节点的发现
• 3.3.4 拓扑重构的实现
• 3.4 性能评估模型的设计
• 3.4.1 拓扑性能评估平台
• 3.4.2 拓扑性能预测平台
• 3.5 小结
• 第4章 空间信息网拓扑重构方案的仿真与性能分析
• 4.1 仿真环境
• 4.1.1 MATLAB简介
• 4.1.2 NS2简介
• 4.2 仿真测试及性能分析
• 4.2.1 冗余节点的发现
• 4.2.2 晶体单元格的填补
• 4.2.3 性能分析
• 4.3 小结
• 第5章 结束语
• 5.1 论文工作
• 5.2 未来研究方向
• 参考文献
• 致谢