基于时变连通支配集的多层卫星网络路由算法

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1、硕士学位论文基于时变连通支配集的多层卫星网络路由算法ATIME-EVOLVINGCONNECTEDDOMINATINGSETBASEDROUTINGALGORITHMINMULTI-LAYEREDSATELLITENETWORKS荆莹哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TN927+.3学校代码：10213国际图书分类号：621.396.6密级：公开工学硕士学位论文基于时变连通支配集的多层卫星网络路由算法硕士研究生：荆莹导师：杨志华副教授申请学位：工学硕士学科：信息与通信工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年1

2、2月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN927+.3U.D.C:621.396.6DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringATIME-EVOLVINGCONNECTEDDOMINATINGSETBASEDROUTINGALGORITHMINMULTI-LAYEREDSATELLITENETWORKSCandidate：JingYingSupervisor：AssociateProf.YangZhihuaAcademicDegreeAppliedfor：M

3、asterDegreeinEngineeringSpeciality：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要进入21世纪以来，以能够互通互连，可以实时获取，传输，处理各类信息的高动态的卫星网络在政治，经济，军事等各个领域有着

4、越来越广泛的应用。卫星网络具有广域连续通信，低成本的广播、多播，灵活的网络配置等等区别于其他地面网络的优异性能。然而，由于卫星的高动态性，致使星间链路时断时续，网络分区严重，拓扑变化频繁，严重缺乏端到端路径，这些因素导致很难在卫星网络中进行拓扑持续连通性的维护。建立骨干网是当前无线地面网络（如传感器网络和AdHoc网络）里维护网络拓扑连通性的重要手段，但是不同于无线地面网络，卫星网络的时变特性使得建立一个有效的骨干网来传递数据成为一个很大的挑战。现有的卫星网络中常采用簇结构来构建骨干网，既选择簇头作为骨干节点来维护网络的连通性

5、，非簇头节点通过簇头节点互连，但是这种方式忽略了簇头之间的连通性，导致网络的连通不稳定，另一方面，分簇的方式导致人为的网络分层，导致骨干网的规模变大，不利于拓扑连通性的管理。在本文中，针对以上问题，我们创新性地提出一种基于时变连通支配集的GEO/MEO/LEO三层卫星网络结构的路由算法。本文采用一系列的时隙快照将卫星网络的动态拓扑进行离散化，并建立时空图的分析框架。在此基础上，分别构建基于经典连通支配集和时变连通支配集的路由算法，实现卫星节点在时间和空间上的可达性。本文提出的基于经典连通支配集的单时隙路由算法证明连通支配集思想

6、在卫星网络上的适用性。在单时隙连通支配集的基础上，增加时间特性，给出了多时隙时变连通支配集的相关定义及实现算法。本文所提出的基于时变连通支配集的路由算法能够精确捕捉到多层卫星网络在时间和空间维度上的动态特性，换言之，网络中的任意两个节点在时间和空间上是可达的。本文所提出的路由算法，可以显著降低算法维护拓扑连通性所需的时间链路和空间链路数量。特别指出的是：所提的时变连通支配集算法是在时空图中重复添加一组链路直到所有的节点在卫星周期内都可以连通。本文以骨干网的总边数，路由所需的最大时隙数和最大的传播时延为性能指标并建立相应的数学模

7、型；与传统的分簇路由算法相比，所提方案在这几个性能上都有有效地提升。关键词：多层卫星网络；连通支配集；分簇路由；骨干网；时空图-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSincethe21stcentury,thehighdynamicsatellitenetworkthatcaninterconnect,obtainandhandleallkindsofinformationhasbeenmoreandmorewidelyusedinthefieldofpolitics,militaryaffairs,cultur

8、e.Andsatellitenetworkaredistinguishedbyseveralcharacteristicsthatdifferentfromothernetworkssuchaswide-areacontinuouscommunication,globalco