基于geo骨干节点的空间信息网络拓扑与多跳传输研究

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1、硕士学位论文基于GEO骨干节点的空间信息网络拓扑与多跳传输研究RESEARCHONSPATIALINFORMATIONNETWORKBASEDONGEOBACKBONESATELLITESMULTIHOPCOMMUNICATIONS王小博哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号：TN927.3学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于GEO骨干节点的空间信息网络拓扑与多跳传输研究硕士研究生：王小博导师：焦健助理研究员申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：深圳研究生院

2、答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TN927.3U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringRESEARCHONSPATIALINFORMATIONNETWORKBASEDONGEOBACKBONESATELLITESMULTIHOPCOMMUNICATIONSCandidate：WangXiaoboSupervisor：Dr.JiaoJianAcademicDegreeAppliedfor：Ma

3、ster’sDegreeofEngineeringSpecialty：ElectronicandCommunicationAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefense：December,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要空间探索任务中，通信系统是任务顺利实施和进行的重要保障。目前，全世界有着数百个空间计划正在进行中，各个国家和地区的航天机构往往基

4、于自身的任务，独立设计通信系统。随着在轨卫星数量的增多和未来空间任务通信需求的不断演进，将各个独立的通信系统联合起来组建空间信息网络、高效复用空间通信资源、提升空间信息传输能力，就成为了必然趋势。面对这样的趋势，本文将探索空间信息网络的骨干拓扑结构，研究空间多跳通信传输协议等内容，主要研究工作分为以下三个方面。本文首先利用STK软件搭建了火星到地球空间通信的基本模型，主要针对节点可见性，结合其拓扑结构，进行了链路特性分析。然后基于少量GEO（GeosynchronousEarthOrbit）卫星、IGSO（InclinedGe

5、osynchronousSatelliteOrbit）卫星构建了空间信息网的骨干网络，详细分析了骨干网络对地球的覆盖性，通过覆盖性分析探究该骨干网络的性能以及该构想的可行性。一方面，骨干网络实现对全球的覆盖，能为空天地一体化通信提供骨干中继；另一方面，可作为深空探测通信的中继节点，协助地面站提升深空通信能力。结合上述结论，本文利用JAVA软件搭建了一个火星-地球通信场景下的空间通信的传输功能仿真模块，模拟实现了火星-地球的文件中继传输过程。在此基础上，研究了LTP（LickliderTransmissionProtocol）传

6、输协议在深空通信中继传输中的性能及改进方案。以文件传输时延为主要性能衡量指标，基于单中继系统中的LTP协议性能及转发方案，设计了LTP协议下的异步重传加速重传策略。该策略可以大幅度的减少重传次数，降低传播时延。接下来，分析了中继传输中延时转发与中继分级转发两种转发方案，证明采用中继延时转发的方式具有更好的性能，且时延随数据块的大小变化波动较小。针对信道的分析，本文将近地空间通信环境建模为Nakagami-m信道，对中继传输的性能进行了分析。近地环境下，以往对信道的分析大部分都是基于Rayleigh分布或者Rician分布的，但

7、是其分布模型仅适用于描述短途衰落信号包络或者短时衰落信号包络的统计特性。随着近年来混合卫星地面协作网络（HybridSatellite-TerrestrialCooperativeNetworks，HSTCN）的发展，Nakagami-m分布可以更加灵活的描述时变复杂环境下的近地卫星信道。本文对近地通信场景进行建模，分析了信号在Nakagami-m信道中的误码率性能。设定在两跳中继系统中，第一跳信道为AWGN（AdditiveWhiteGaussianNoise）信道，-I-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第二跳为Na

8、kgami-m信道，分析了信道的接收端干扰温度门限和两跳系统的中断概率越低，为以后近地HSTCN的中继传输系统研究提供参考。关键词：空间通信；传输协议；仿真平台；混合卫星地面协作网络；中断概率-II-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInthespace