LEO卫星网络路由算法的OPNET建模与仿真.pdf

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1、万方数据第31卷第2期2010年2月字航学报JournalofAstronauticsV01．31No．2February2010LEO卫星网络路由算法的OPNET建模与仿真王呜涛，周诠，黄普明，黎军(中国空间技术研究院西安分院，国家级重点实验室，西安710000)摘要：由于OPNET没有提供标准卫星模块和星上路由器模块，这给卫星网络仿真带来一定难度。针对LEO卫星网络路由算法，提出了一种OPNET路由仿真模型。该仿真模型主要由卫星网络域、卫星节点域和路由进程域组成。卫星网络域实现网络拓扑结构的动态变化，节点域利用无线仿真机制进行数据

2、的发送和接收，路由进程域完成具体算法的实现。为了检验模型的性能，仿真分析了几种典型的星上路由算法。结果表明，提出的仿真模型是正确可行的，且具有一定的通用性，为卫星通信网络性能的仿真和分析提供了一种简单有效的途径。关键词：T属O卫星网络；路由算法；OPNET模型中图分类号：TP391．9；TN927文献标识码：A文章编号：1000．1328(2010)02—0440-08DOI：10．3873／j．issn．1000一1328．2010．02．0220引言由于具有覆盖区域广、易实现广播和长距离传输的特点，卫星通信成为军用和民用通信的重要

3、手段之一。随着通信技术的发展和星上处理能力的提高，通信卫星组网成为新一代卫星通信系统研究的热点。与地面网络相比，LEO卫星网络具有拓扑结构动态变化、通信链路频繁切换、传输时延长、卫星节点数目相对较少、星座网络具有规则性和均衡性等特点⋯。同时由于卫星轨道固定，网络拓扑变化又具有周期性和预知性。这些为星上路由技术的研究既带来一定困难，又带来可简化的条件。为满足日益增多的不同用户不同业务类型需求，卫星通信网络需要具有灵活性高和自适应性强的路由算法。卫星网络拓扑结构和链路状态始终处于变化之中，如何来衡量星上路由算法的性能呢?显然，建立LEO卫

4、星网络投资巨大、成本高，而采用计算机仿真是一种简单有效的方法。在当前众多网络仿真软件中，OPNET是一款性能非常好的网络仿真和建模工具拉。，其仿真功能强大且具有无线仿真机制，适合于卫星通信网络及路由算法的仿真。目前，在卫星通信中采用OPNET建模仿真已经有了比较广泛的应用，比如：星上IP交换旧。和多级调度H’等方面。在卫星通信网络方面，也开始进行了尝试。但是，OPNET工具没有提供卫星标准模块，而且由于卫星网络的动态变化使得其提供的标准路由器模块和节点模块已不适用于卫星网络，给卫星通信网络建模和性能分析带来一定的困难。文献[5]通过离

5、散化有线链路的通断，来近似模拟LEO网络中的切换和拓扑结构变化，需要在仿真之前进行大量的复杂运算，不具有通用性。文献[6]对OPNET提供的标准模块进行了细致修改，来分析4颗卫星LEO网络中的TCP协议性能，但修改工作量巨大，并且新的协议或算法的应用可能导致模型的再次全面修改。．‘因而，本文基于OPNET网络仿真软件，提出了一种LEO卫星网络路由仿真模型。通过局部的调整，该模型能够仿真不同的星上路由算法，具有一定的通用性，为今后星上路由技术的研究提供了一个方便快捷的技术途径。1OPNET网络仿真软件OPNET作为一种主流网络仿真软件，

6、为开发人员提供建模、仿真以及分析的集成环境。其应用广泛，不仪可用来研究网络技术问题，还可以模拟系统的网络性能和行为。OPNET支持标准LAN和MAN性能模拟、互联网规划和通信体系结构及协议的研发等，还可用于移动分组无线IJc)4络、卫星网络和战术收稿日期：2009一01．14；修回日期：2009．02．24基金项目：国家重点实验室基金(9140c5302010802)；国家重点实验室基金(9140c5305020702)万方数据第2期王鸣涛等：LEO卫星网络路由算法的OPNET建模与仿真44l网络等特殊网络的仿真和研究【7】。OPNE

7、T网络仿真工具支持图形化编辑，采用分级模型设计，以便与实际通信网络的分级结构自然对应。同时使用包通信、有限状态机、离散事件推进等仿真机制，可进行交互式分析，具有强大的调试功能。无线仿真机制中，OPNET可以动态或静态地指定节点的移动轨迹，编辑天线方向图等，并且通过无线收／发信机14个管道机制模拟无线链路通信，包括：确定收发信机、计算传输时延和传播时延、检测冲突和信道匹配、计算收／发信机的天线增益和收信机功率、模拟背景噪声和干扰噪声等。2几种典型的星上路由算法目前，星上路由算法的研究基本上采用虚拟拓扑或者虚拟节点的策略⋯，屏蔽卫星网络拓

8、扑结构的动态变化来设计路由算法。虚拟拓扑策略中，分割的静态拓扑时间间隔非常多，星上需要大量存储空间，并且由于离线计算路由，卫星仅在相应时间点调用存储的路由表，对网络状态的实时变化适应性很差，但对星上处理能力的要求较低。相