LEO卫星通信网络路由协议研究

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1、硕士学位论文Ｉ參画ＩＬＥＯ卫星通信网络路由协议研究作者姓名蔡亭婷指导教师姓名、职称张冰教授申请学位类别工学硕士＿学校代码10701学号1501120268分类号TN91密级公开西安电子科技大学硕士学位论文LEO卫星通信网络路由协议研究作者姓名：蔡亭婷一级学科：信息与通信工程二级学科：通信与信息系统学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：张冰教授学院：通信工程学院提交日期：2018年6月ResearchonRoutingProtocolofLEOSatelliteCommun

2、icationNetworkAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCommunicationsandInformationSystemsByCaiTingtingSupervisor:ZhangBingTitle:ProfessorJune2018摘要摘要随着通信需求的不断增多，卫星通信逐渐成为一种重要的现代化通信手段。相对于高轨卫星和中轨卫星，低轨（

3、LowEarthOrbit，LEO）卫星具有数据传输时延小，能实现全球覆盖等优势，再加上微波、激光等大容量数据传输通信新技术的加入，具有星间链路的LEO卫星通信系统一直是人们广泛关注的研究重点。由于LEO卫星网络拓扑固有的时变特性，无法直接将地面相对固定网络拓扑的路由协议应用于LEO卫星网络，因此LEO卫星网络路由算法的研究具有重要的意义。本文主要针对具有星间链路的特定LEO卫星星座系统的路由算法进行研究。本文的研究目标是深入研究和分析卫星网络技术和现有卫星路由算法机制，结合特定LEO卫星星座的特

4、点，设计一种合理有效的路由算法，并对该算法进行仿真设计和实现，分析该算法的性能。首先，本文简要介绍了卫星星座以及卫星网络路由方面的相关技术，分析卫星网络路由面临的问题并总结现有路由算法的不足，为本文后续的研究打下基础。其次，本文详细分析了特定Walker星座的特点，在此基础上提出了基于时间片的自适应抗毁路由算法（TimeslicebasedAdaptiveSurvivableRouting，TASR）。TASR算法主要包括时间片路由、数据迂回路由和故障节点泛洪路由三种机制。时间片路由基于虚拟拓扑的

5、思想，简化星上存储，实时计算星上路由；数据迂回路由通过HELLO过程实时检测链路故障，通过备选下一跳策略实现数据的尽力传输；故障节点泛洪路由将故障信息全网扩散，解决卫星之间拓扑信息不一致的问题，实现全局最优路由。然后，利用OPNET软件对TASR算法进行仿真设计与实现。对卫星星座系统的网络域模型、节点域模型、管道阶段模型和TASR算法的进程域模型进行建模。最后，对所提出的TASR算法进行了详细的仿真研究和验证。通过仿真确定本文所用的时间片间隔。在此基础上，设计不同的仿真场景，对辅助定位按需路由算法

6、、链路状态算法、快照序列算法和TASR算法进行仿真，并将仿真所得的时延、丢包率、路由开销、路由恢复时间以及路由平均跳数进行对比，分析TASR算法的性能。仿真结果表明：相比于其他几种路由算法，TASR算法能够以较小的代价获得良好的链路故障适应性。该算法在卫星网络中不存在故障链路的情况下，在几种典型路由算法中性能最佳。在卫星网络中存在故障链路的情况下，也能以较低的丢包率、路由恢复时间和路由开销进行数据传输，体现了该算法的有效性和良好的应对网络故障的能力。TASR算法能够有效地运行在本文特定的LEO卫星

7、星座网络上，对于其他极轨或者近极轨星座来说，该算法的设计思想也具有适应性。关键词：LEO，TASR，仿真，抗毁，性能分析，卫星IABSTRACTABSTRACTAsamodernmeansofcommunication,satellitecommunicationcansatisfytheincreasingdemandforcommunications.Lowearthorbitsatellitewhichiscomparedtogeostationaryearthorbitsatellitea

8、ndmediumearthorbitsatellitehastheadvantagesofthelowdelayofdatatransmissionandglobalcoverage,withtheadditionofnewhigh-capacitydatatransmissionandcommunicationtechnologiessuchasmicrowaveandlaser,LEOsatellitecommunicationsystemwithinter-satellite