中低轨卫星通信网络路由算法研究

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卫星网络是天地一体化信息网络的重要组成部分。低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星互联网具有传输时延低、通信链路功率损耗低及发射成本低等特性,通过星间链路和组网技术,可以提供全球覆盖的通信服务,在覆盖范围和全天候移动接入等方面,是对传统地面互联网的补充。近年来,随着天地一体化信息网络的提出和LEO卫星成本的降低,LEO卫星互联网受到国内外学者的广泛关注,在LEO卫星网络拓扑动态变化的场景下,设计高效的LEO卫星网络路由算法也成为研究热点之一。本文围绕低轨卫星网络和中低轨卫星网络场景,针对如何应对网络节点故障和网络拥塞问题,分别提出了一种基于星间链路状态的低轨卫星网络路由算法和一种中低轨双层卫星通信网络路由算法,并通过仿真分析所提算法的性能。论文的主要贡献如下:(1)对于低轨卫星通信网络场景,提出了一种基于星间链路状态的卫星网络路由算法,该算法分为链路状态检测、路由计算及路由修正阶段,在链路状态检测阶段,周期性获取链路状态信息,并在本地记录12条星间链路状态,在路由计算阶段,利用卫星逻辑地址之间的相对关系,计算路由过程所需的路由跳数、传输方向和平面间传输时机,并计算初始路由路径,在路由修正阶段,查询本地链路状态表,对初始路由路径进行修正。最后,将所提算法与基于虚拟拓扑的路由和基于虚拟节点的路由进行对比,仿真结果显示,所提算法将丢包率降低约10%-25%。(2)对于中低轨卫星通信网络场景,提出了一种基于分组管理的卫星通信网络路由算法,中轨(Medium Earth Orbit,MEO)卫星为各自分组内的LEO卫星提供路由计算和数据转发服务。该算法中LEO卫星收集链路时延和拥塞信息,MEO卫星以时延和拥塞因子为权重,使用最短路算法,计算路由表,此外,针对远距离通信中路由跳数较多的问题,可通过MEO卫星进行数据转发。仿真结果表明,所提算法在路由开销方面性能优于低轨卫星通信网络。
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