航天器移动IP接入及切换技术研究

论文摘要

航天测控网作为空间通信与探索的重要基础设施及手段,其发展历来受到各国航天局的重视。目前国内对于移动IP技术应用于航天测控网中的航天器移动接入所进行研究的比较少,而国外移动IP技术应用于航天测控网的成功范例可以作为我国测控网发展的技术参考。本文就航天测控网中航天器移动接入的特殊性,从直接采用移动IP技术的角度分析,并从可能出现的问题展开研究进而找出解决方案。本文分析了移动IPv4接入方式所存在三角路由,地址空间稀缺等问题,在此之上说明了移动IPv6协议有着地址空间大,安全性高,以及移动支持性好等特点。移动IPv6的扩展协议在网络层中对切换的绑定时延及地址重复检测时延做了相应的改善,但这些技术由于依赖2层信息、无微移动情况以及难以寻找锚点等原因并不适合在空间链路的情况下应用。本文通过分析指出现存移动IP技术均未考虑数据链路层切换机制对于移动IP接入的影响。本文提出了一种基于轨道信息预测式的移动IPv6接入方案。从数据链路层的切换机制分析中,分析出2层切换延迟中信号扫描延迟占主要部分,并在空间链路长延迟高误码率的背景下该延迟将进一步加大,信号扫描采取主动扫频以及被动扫频的策略接入地面基站,这种策略并不适合在空间链路的背景下使用。在此基础上给出基于轨道信息预测式的移动IPv6的具体实施方案,根据各基站实际情况规划切换时间、切换信道并进行基站信息预处理,给出了相应的传输机制。最后在OPNET软件上搭建了仿真平台,对该方案进行了仿真验证,从仿真结果中看出,该方案更适合于低轨航天器的在空间链路背景下的应用,并且时延和丢包都比较小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外的研究进展
• 1.2.1 NASA 航天测控网的发展
• 1.2.2 ESA 航天测控网的发展
• 1.2.3 国内航天测控网的发展
• 1.3 本文的主要内容及结构
• 第2章 移动IP 技术的基本原理
• 2.1 移动IPv4 协议概述
• 2.2 移动IPv6 协议概述
• 2.2.1 移动IPv6 的传输机制
• 2.2.2 移动IPv6 的技术优势
• 2.3 本章小结
• 第3章 移动IP 切换技术在空间链路下的应用分析
• 3.1 移动IPv4 在空间链路下的切换性能分析
• 3.2 移动IPv6 切换在空间链路情况的分析
• 3.2.1 移动IPv6 协议的切换过程
• 3.2.2 FMIPv6 协议的切换性能改进
• 3.2.3 HMIPv6 协议的切换性能改进
• 3.3 空间链路条件下的移动IP 切换性能分析
• 3.3.1 标准移动IPv6 协议切换性能分析
• 3.3.2 FMIPv6 协议的切换性能分析
• 3.3.3 HMIPv6 协议的切换性能分析
• 3.4 切换性能评价及改进策略
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于轨道信息预测的移动IP 切换机制
• 4.1 移动IP 接入中数据链路层切换机制分析
• 4.2 基于轨道信息预测的移动IP 接入方案
• 4.2.1 信号扫描的问题分析
• 4.2.2 轨道信息预测式的移动IPv6 接入可行性分析
• 4.2.3 切换时间规划及可用信道的快速接入
• 4.2.4 基于轨道信息预测式的移动IPv6 切换机制
• 4.3 本章小结
• 第5章 仿真实验与结果分析
• 5.1 OPNET 仿真软件的介绍
• 5.1.1 OPNET 软件的功能结构
• 5.1.2 OPNET 建模方法
• 5.2 仿真平台构建及参数设置
• 5.2.1 航天器的移动接入拓扑及节点模型构建
• 5.2.2 节点基本参数设置
• 5.3 业务配置及结果分析
• 5.3.1 应用业务配置
• 5.3.2 接入时间分析
• 5.3.3 针对不同的业务的仿真分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢