低轨道卫星激光通信网络动态路由策略与算法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:thonny007
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在卫星网络中采用激光星间链路作为信息的载体实现未来宽带数据卫星网络是目前国际上卫星通信网络发展的趋势。卫星激光通信网络有其自身的特殊性,如何实现动态适应性路由是一个难点。本文针对低轨道卫星激光通信网络,研究了动态路由策略与算法,通过使用Matlab软件编程进行了网络性能的仿真。论文首先分析了网络的拓扑结构特性,介绍了卫星覆盖理论及激光星间链路空间几何关系,重点分析了星下点轨迹及激光星间链路俯仰角、方位角、星间距离和时延的动态特性仿真曲线,为充分利用卫星运转的周期性和可预测性等有利特征来设计路由算法提供定量分析基础;同时讨论了卫星光通信网络激光星间链路的主要干扰因素,诸如卫星平台动力学环境、终端与卫星平台耦合运动学环境和背景光噪声对激光星间链路状态的影响。其次建立了卫星光通信网络的业务模型,包括节点业务流和全球业务模型。以光网络组装业务原理为基础,利用排队理论分析节点时延特性,仿真结果表明时延呈统计随机分布。采用全球业务分布模型进行仿真,得到卫星节点业务变化情况及统计特征。在卫星网络引入业务流量,路由选择可以均衡网络流量负载,提高网络的利用率。基于以上网络拓扑特性和业务模型,最后给出了星地一体化路由策略,其中主要分析了卫星网络激光星间路由策略——虚拟拓扑路由。在执行星间链路路由策略时,基于提高通信的可靠性,以优化路由跳数为目标,得到改进的动态路由算法——基于优化跳数的最短路径(OHSP)算法。该算法采用链路状态权值(LSW)参数代替一般链路权值,不仅考虑时延影响,同时考虑了拓扑结构和流量负载动态变化的影响。仿真表明该算法具有拓扑自适应和流量自适应能力。在保证通信质量的情况下,可减少路由切换的发生,有效降低通信误码率,从而较大地提高了网络性能。本文的研究为今后我国激光星间链路组网路由研究提供了一定的设计依据和理论基础,并对实际应用提供有益的参考。
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