多层卫星网络通信特性分析软件之设计与实现

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1、多层卫星网络通信特性分析软件之设计与实现第一章绪论本章首先对卫星通信进行了概述，然后介绍了本软件的研究背景和意义以及国内外研究现状。最后为本文的内容安排。1.1卫星通信概述卫星通信系统起源于上个世纪60年代，并于1972年在我国首次应用。最初的通信卫星采用静止轨道卫星，我国于1984年4月发射了第一颗静止轨道通信卫星东方红二号[1]。静止轨道的资源有限，为了满足不断增大的通信需求，卫星通信在90年代开始向网络化方向发展。卫星通信系统通常由空间部分和地面部分组成。卫星作为空间部分的重要组成单元，地面部分由多种地面终端组成，主要包括固定终端和移动终端两种。2下一代移动通信网络需要覆盖全球

2、的每个角落，实现全球无障碍通信，但是地面通信网络只能铺建到部分地面环境比较好的地区，我国多高原、河流、沙漠等自然环境非常恶劣的地方，在高原和海洋等地区难以实现大面积的网络铺建，而通过卫星通信网络则可以实现陆海空天一体化的通信，实现真正意义上的全球无缝覆盖通信网络。随着科技的迅速发展，军事战争从原始的斗争方式演变为信息技术的斗争。采用具有星上处理能力的多层卫星网络可以防止敌方军队窃取信息，保障通信的及时性和灵活性，进而保证战争期间的指挥能顺利进行。因此，多层卫星通信将成为军事航天领域的重点发展方向。近年来，卫星通信网络的研究从卫星仅仅作为通信网络传输中介的通信网络，到具有星上处理能力的

3、单层卫星通信网络，再到具有星上处理能力的多层卫星网络。多层卫星网络已经成为卫星通信的研究热点，成为今后卫星通信发展的方向。采用多层卫星星座可以实现多重覆盖，可以满足为所有用户提供高可靠性、高服务质量的通信，并且多层卫星网络组成的立体通信网络具有很高的频谱利用率，可以实现以最少的资源完成最好的服务的目的。1.2研究背景及意义多层卫星网络是由不同轨道、不同种类的卫星组成的覆盖全球的星座系统。通过星间、星地链路将地面、海上移动的通信设备、空中飞行的通信设备和深空中的用户、飞行器以及各种通信设备紧密结合起来，采用智能高速的星上处理技术，采用电磁波、光波等技术进行信息的获取和传输。多层卫星网络

4、具有4个主要的特点：一是可以实现全球无缝覆盖；二是灵活机动，方便应对突发事件；三是信息的协同能力强，它可以针对不同的应用服务对各种信息资源进行管理、协调及优化；四是容量大，灵活的多业务承载平台。多层卫星网络主要由天基网络、陆基网络和空基网络三大部分组成，其结构如图1-2所示。关于多层卫星网络的研究，欧美各国和日本已经相继开始。虽然我国也制定了相关的研究计划，但是和其他国家相比，仍有较大的差距。考虑到现实条件的限制，不可能在短期内搭建出实际的多层卫星网络，最方便快捷的方法就是编写多层卫星网络的仿真平台，虽然仿真结果和实际场景会有差别，但是仿真平台可以提供相关的理论指导。本软件是十一五背

5、景课题的子课题。本软件研究以陆基和天基为主的多层卫星网络，包括：组网方案、组网实现技术、发展策略和发展路线；建立多层卫星网络数学模型及相应的仿真算法，构建实现多层卫星网络的仿真软件，并对其组网性能进行仿真和评估，为真正实现多层卫星网络的动中通、山中通、抗中通、跨海通提供坚实的理论基础。构建的多层卫星网络通信性能分析软件可对多层卫星整体能力进行仿真验证，可利用图表等方式清晰地表达仿真结果。仿真软件具有良好的可移植性和可升级性，可为今后多层卫星网络的建设和改造提供具体指导。仿真软件最大的特点在于将多层卫星网络建模、地面终端、卫星通信、时变网络拓扑寻路等相关的所有内容综合起来。不同于其它模

6、型，本软件建立了一系列与卫星通信相关的模型，并有机地将其结合起来，综合考虑在多层卫星网络场景下不同终端、不同业务的通信性能指标。这些指标涉及业务时延、误码率、卫星波束容量、网络吞吐率以及网络吞吐量等。第二章多层卫星网络通信性能分析软件的架构分析多层卫星网络通信性能分析软件的主要功能是：在输入/输出阶段对多层卫星通信性能指标进行初步估算，为系统顶层设计的进一步深入论证提供必要的仿真支撑；通过研制合适的聚合分析模型和经验公式、高效的分析模块以及辅助设计界面等，实现多层卫星网络通信性能系统级的仿真，为该通信系统顶层设计提供必要的仿真支持。多层卫星网络的实际搭建非常复杂，虽然仿真结果和实际结

7、果存在一定出入，但是面对复杂的卫星网络，卫星的制造和发射都需要大量资金的注入和难以估计的时间的投入，其构建的费用将难以估计，而且搭建成的卫星网络性能很难保证是最优的。采用设计多层卫星网络通信性能分析软件花费小，灵活性大，并且通过模拟实际网络中的网络流量，业务种类等数据，快速的实现不同构建方案的性能比较，降低了实际网络的投资风险。现在存在很多卫星网络仿真软件，但是每个软件的仿真性能具有很强的针对性，如OP主要是对卫星网络中的网络协议进行仿真，STK主要是针对