论文题目: 天基网路由技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机科学与技术
作者: 白建军
导师: 卢锡城
关键词: 天基网,卫星网络,星际链路,路由算法,离线,星上计算,分簇
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着航天技术的迅速发展和应用，空间在政治、军事、经济等领域的战略地位日益提高，夺取空间优势成为世界各国发展航天军事力量的首要任务。天基网是一种以各种类型的卫星为网络节点通过星际链路互连起来的空间无线网络系统。由于具有全天候、近实时、不受国界限制，以及在广阔区域甚至全球范围内获取和快速传递大容量信息的能力，作为未来天地一体化信息框架的主要组成部分，天基网在战略预警、区域性战役信息保障和战术指挥控制及战场管理等层次具有广泛应用。 路由技术对提高数据传输的时效性和可靠性有着重要的意义。尽管路由问题在地面网络中已经得到了较好解决，但由于天基网具有拓扑持续动态变化、节点星上载荷能力有限、星际链路传输时延长、承载数据流量分布不均衡等特点而使路由技术面临新的挑战。路由问题是天基组网中的基本问题，也是当前该领域的研究热点之一。本文在分析天基网路由面临的技术挑战和现有工作不足的基础上，重点研究了天基网不同发展阶段和不同组网结构中的路由算法设计问题。本文主要工作包括： 第一，针对天基网发展初期LEO卫星星上处理资源非常受限的特点，在LEO卫星网络中引入“离线”式路由计算思想，提出了一种基于分时的LEO卫星网络路由算法DTRA。其主要思想是通过分析网络拓扑动态变化规律，选取满足一定条件的时间点把系统运转周期划分为若干个时间片。在每一个时间片内，网络拓扑对应于预先计算好的虚拟拓扑图，而星际链路长度和通断被看作仅在时间片边界时刻发生改变，从而连续变化的网络拓扑被离散化为一系列静态拓扑图。与传统“离线”式卫星网络路由算法相比，DTRA算法使用无环备份路由和路由表压缩机制，具有对网络流量变化自适应能力强、星上开销小等优点。 第二，支持基于星上计算的动态自适应路由是天基网发展进入高级阶段的重要特征之一。为实现天基网中基于星上计算的动态路由，本文提出了一种LEO卫星网络分布式分层路由策略ODHRP。在ODHRP中，单层LEO星座被看作双层星座处理，根据LEO卫星星座互连特点和网络中流量分布情况，各轨道面内位于一定位置的卫星节点被选作为轨道面发言人PS，负责本轨道面内所有卫星的链路状态信息收集和路由表计算，实现简洁的星上分布式分层路由。ODHRP不仅能够有效降低星间通信开销，而且把路由计算任务和数据转发任务在多颗卫星间分担，有利于负载较重的卫星全力进行数据转发。 第三，针对天基网承载流量的分布具有非规整性和突发性等特点，以及增强天基网抗毁能力和应对突发事件的能力，在ODHRP策略基础之上，本文提出了一种基于路径信息压缩的多路径路由算法CPIMR。该算法采用路径信息压缩编码(路径ID)的方式实现端卫星之间的分布式多路径逐跳转发，不仅降低了传统多路径路由算法所引入的额外控制开销，又使中间卫星上的分组转发过程得以简化。结合LEO卫星网络拓扑结构和流量负载
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 天基网概念的提出与发展
1.1.1 天基网概念的提出
1.1.2 天基网组成及应用
1.1.3 天基网的发展
§1.2 课题研究背景
1.2.1 研究热点
1.2.2 路由技术
1.2.3 ISL网络路由问题
§1.3 本文工作
1.3.1 论文的研究思路和基本假设
1.3.2 论文的主要工作
§1.4 论文结构
第二章 相关技术与相关研究工作
§2.1 卫星星座设计技术
2.1.1 卫星轨道
2.1.2 卫星星座
§2.2 卫星网络路由概述
§2.3 单层卫星网络路由
2.3.1 基于面向连接的路由
2.3.2 基于面向无连接的路由
§2.4 多层卫星网络路由
§2.5 小结
第三章 基于分时的LEO卫星网络路由算法
§3.1 LEO卫星星座动态特性分析
3.1.1 概述
3.1.2 ISL空间几何分析模型
3.1.3 ISL动态特性仿真
§3.2 基于分时的LEO卫星网络路由算法DTRA
3.2.1 相关定义
3.2.2 原始路由表计算
3.2.3 路由表切换引起的路由环问题
3.2.4 星上路由表计算
3.2.5 数据转发
3.2.6 算法分析
§3.3 模拟实现与性能评价
3.3.1 模拟平台
3.3.2 模拟程序设计及环境设置
3.3.3 模拟结果
§3.4 小结
第四章 基于星上计算的LEO卫星网络动态自适应路由
§4.1 问题描述
§4.2 基于星上计算的分布式分层路由策略ODHRP
4.2.1 基本概念和相关定义
4.2.2 链路状态更新
4.2.3 失效卫星处理
4.2.4 ODHRP复杂性分析
§4.3 基于路径信息压缩的LEO卫星网络多路径路由算法CPIMR
4.3.1 相关定义
4.3.2 路径计算和压缩编码
4.3.3 数据转发
4.3.4 路径ID有效性验证
§4.4 算法复杂性分析和性能模拟
4.4.1 算法复杂性分析
4.4.2 性能模拟
§4.5 小结
第五章 GEO／LEO双层卫星网络中基于分簇的路由算法
§5.1 问题描述
§5.2 GEO／LEO双层卫星网络体系结构
§5.3 基于分簇的双层卫星网络路由算法CDSNR
5.3.1 相关定义
5.3.2 LEO卫星分簇策略
5.3.3 算法描述
5.3.4 路由计算和数据转发
§5.4 算法分析与性能评价
5.4.1 层间星际链路连接度分析
5.4.2 算法实施复杂性分析
§5.5 小结
第六章 总结及未来工作
致谢
攻读博士学位期间撰写的主要论文
参考文献
发布时间: 2006-09-22
参考文献
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