基于处理时延的卫星网络TCP拥塞控制算法

针对低轨卫星网络拓扑结构动态改变引起的往返时延剧烈变化造成传统TCP Vegas直接应用于LEO卫星网络时算法性能下降严重的问题,提出了一种基于处理时延的改进型TCP拥塞控制算法——TCP Vegas_PD。该算法通过屏蔽空间链路传播时延对算法性能的影响,利用星上最大处理时间作为拥塞窗口调整的依据,更加精准地反映了网络状态,提高了卫星资源利用率。仿真结果表明,Vegas_PD算法在系统吞吐率上较Vegas算法有明显提高,并表现出了较好的公平性。     

AOS跨层优化方案的仿真设计

针对AOS分层模型,提出跨层优化AOS系统结构,推导出有效吞吐率公式。并以提高有效吞吐率为目的,分析跨层系统中物理层的调制方案、帧同步与信道编码子层的编码和帧同步方案及空间数据链路协议子层的重传方案等策略,通过仿真得到跨层模式的转换门限。最后,对该方案下系统有效吞吐率性能进行了仿真,结果表明所提出的跨层优化方案能够有效地克服空间信道的影响,优化AOS系统有效吞吐率。     

基于AGC动中通链路状态检测算法

为了提高动中通通信效率,为阴影遮挡链路状态下的编码策略和TCP设计提供依据,在分析动中通链路AGC信号变化规律的基础上,将动中通链路分为无阴影状态、部分阴影状态和完全遮挡状态3种情况,提出了一种基于卫星AGC信号统计规律的动中通链路状态检测算法,研究了链路状态之间的转换条件。通过实验测试及仿真,表明该算法可以实时检测动中通通信链路的状态变化情况。     

近极轨微纳卫星星座高速数传模型路由算法

基于近极轨微纳卫星星座在高速数据传输模型下的网络特点，给出近极轨微纳卫星星座的高速数据传输的模型，分析适用于该模型的路由算法，推导该路由算法开销的计算方式，说明了算法在高速数传模型下的不足；给出算法的改进策略；利用NS3网络仿真平台建立微纳卫星星座高速数传网络场景，仿真了该场景下采用改进路由算法前后的关键性能指标。研究结果表明：在近极轨微纳卫星星座构建的高速数据传输网络中，改进算法在使得吞吐率和分组到达率有所提升的同时，显著降低了网络系统路由开销，微纳卫星高速数据传输网络的性能得到优化。     

高级在轨系统的自相似业务量预测链路优化模型

在AOS高级在轨系统链路协议的基础上,分析了具有自相似特性的业务流量,提出了一种基于FARIMA模型的自相似预测的链路优化模型。该预测模型基于分数阶统计理论,在估计赫斯特参数的基础上,根据不同的时间粒度,提前预测突发业务量的到来,从而降低了网络丢包率。仿真表明模型在20点预测内具有较好拟合性,在一定置信区间下具有较好的预测成功概率和较低的虚警概率,同时使网络丢包率大幅下降。     

强化学习框架下移动自组织网络分步路由算法

移动自组织网络是一种无基础设施、由移动通信节点组成的无线网络,具有高动态特性。传统的路由协议并不能适应节点移动性带来的频繁拓扑变化,简单的洪泛路由也会因开销过大降低网络的性能。针对如何在移动自组织网络中自适应地进行路由选择,提出强化学习框架下的分步路由选择算法。该算法以最小链路总往返时延为目标,基于强化学习进行路由搜寻,在筛选出符合目标需求节点集合的基础上,结合置信度选择路由。在链路变得不可靠时,数据包被广播给筛选出的邻居节点集以提升路由可靠性并降低开销。对提出的算法在分组到达率和路由开销等主要性能指标进行数值仿真分析。仿真结果表明,提出的分步路由算法相比于基于强化学习的智能鲁棒路由,在降低开销的同时,保持着相当的吞吐率。     

基于强化学习的移动自组织网络分步路由算法*

移动自组织网络是一种无基础设施、由移动通信节点组成的无线网络,具有高度的动态特性。传统的路由协议并不能适应节点移动性带来的频繁拓扑变化,简单的洪泛路由也会因开销过大降低网络的性能。针对如何在移动自组织网络中自适应地进行路由选择,提出了一种基于强化学习的分步路由选择算法。该算法以最小链路总往返时延为目标,基于强化学习进行路由搜寻,在筛选出符合目标需求节点集合的基础上,结合置信度选择路由。在链路变得不可靠时,数据包被广播给筛选出的邻居节点集来提升路由可靠性并降低开销。对提出的算法在分组到达率和路由开销等主要性能指标进行数值仿真分析,仿真结果表明,提出的分步路由算法相比于基于强化学习的智能鲁棒路由,在降低开销的同时,保持着相当的吞吐率。     

卫星协同通信系统模型及其性能研究

协同通信技术是一种具有低复杂度和高分集增益的新兴技术,其在卫星移动通信中的应用可以有效提高系统的性能。文章首先介绍了分集技术的抗衰落性能,给出了MIMO系统的模型及其信道容量分析,然后介绍了协同通信的三种协同方式,最后建立卫星协同通信系统模型,选取下行链路的二星一用户模型并以译码前传方式为例给出了卫星协同通信性能仿真分析以及卫星协同通信研究现状。     

一种适用于高空平台通信网的抗毁路由协议

为了提升高空平台(HAP)通信系统的抗毁性,同时充分利用HAP网络准动态的特点,在原目的节点序列距离矢量(DSDV)路由协议基础上,通过设计局部备份路由和改进路由维护策略,提出了一种适用于HAP网络的简单可靠的路由协议。该协议通过设计双候选下一跳提高系统抗毁性,同时在路由维护时不广播路由分组,而采用短握手信息检测链路有效性,以此降低链路开销。最后,利用网络仿真软件OPNET构建了路由协议仿真模型,验证了协议的有效性。     

k-ary n-cube中的移动气泡流控策略

在k-ary n-cube网络中,气泡流控是一种有效、实用的死锁避免技术,它不必依赖虚通道就能避免环网中出现的死锁问题。如果流控策略能感知到维度内缓冲区的总体使用情况,就能够更加高效地进行调度,从而提高网络性能。为了避免关键气泡机制引起的阻塞,提出了伪报文协议;结合伪报文协议,设计了移动气泡流控策略,它有效实现了维度内的全局资源感知能力。与局部气泡流控相比,路由器每条输入通道仅设置一个报文缓冲区就可以避免环网中的死锁,即最小资源需求减少了一半。网络模拟结果表明,该机制不会出现永久阻塞;在distribute、hotregion和uniform传输模式中,该机制可以有效提高网络吞吐率20%以上,并且在网络饱和后吞吐率依然维持稳定。     

近地卫星Ka频段数传链路抗雨衰自适应模式设计

针对近地卫星数传时的信道时变性和严重的Ka频段雨衰现象,采用自适应编码调制(Adaptive Coding and Modulation, ACM)技术能够充分利用链路资源,相对于传统的固定编码调制方式,进一步提高链路的数据吞吐量。提出近地卫星Ka频段数传链路ACM模式设计方法,在降雨环境下建立Ka频段数传链路模型,根据链路预算的信道状况确定ACM选用模式;采用基于导频符号的最大似然信噪比估计算法结合移动平均的平滑方法实现信道估计,有效地减小了估计值的波动。仿真结果表明,无论晴天还是雨天,采用提出的卫星数传链路ACM模式设计方法,能够在保证系统可靠性的同时获取较高的数据吞吐量。     

卫星固态存储器数据容错设计与机制

卫星数据传输系统的可靠性面临着空间粒子效应、信道干扰等多重威胁。在介绍数据传输系统关键设备星载大容量固态存储器设计与实现的基础上,从管理信息、数据位流、星地链路、文件传输四个方面构建容错机制,综合应用汉明编译码、RS编译码、低密度奇偶校验码编码等数据检纠错技术,增强存储器管理信息、存储数据、信道传输的容错性能。在实际型号任务固态存储器的基础上,结合CCSDS文件传输协议提出基于自动重传机制的文件可靠传输设计,提高数据传输全流程的容错性能。固态存储器使用多级流水写入、总线并行扩展等技术,吞吐率理论上接近900Mbps,容量达到256Gb。     

近地卫星Ka频段数传链路抗雨衰ACM模式设计

针对近地卫星数传时的信道时变性和严重的Ka频段雨衰现象，采用自适应编码调制（ACM）技术能够充分利用链路资源，相对于传统的固定编码调制方式，进一步提高了链路的数据吞吐量。提出了近地卫星Ka频段数传链路ACM模式设计方法，在降雨环境下建立Ka频段数传链路模型，根据信道状况确定ACM选用模式；采用基于导频符号的最大似然信噪比估计算法结合移动平均的平滑方法实现信道估计，有效地减小了估计值的波动。仿真结果表明，无论晴天还是雨天，采用提出的卫星数传链路ACM模式设计方法，能够在保证系统可靠性的同时获取较高的数据吞吐量。     

基于可靠性的卫星服务功能链保护方法

在基于SDN架构的混合卫星网络上讨论了服务功能链(Service Function Chain, SFC)的可靠性部署问题,首先对SFC可靠性保护的问题进行描述,建立了底层网络与SFC请求模型,然后建立了网络服务功能的可靠性需求模型与低轨卫星链路的可靠性需求模型,明确了优化目标与约束条件。接着提出基于可靠性的卫星服务功能链保护方法,包括基于深度强化学习的可靠性保护算法和基于低轨卫星节点与链路可靠性备份算法。实验表明,提出的基于可靠性的卫星服务功能链保护方法能在SDN架构的混合卫星网络上提高SFC请求接受率,减少平均时延,在不同的SFC可靠性需求的条件下也保持较高的请求接受率。     

管道流量泄漏监测的网络链路层路由协议的实现

针对管道流量泄漏和管网突发性的爆管,以管道流量泄漏为应用对象,将一种协同式拥塞控制协议应用于管道流量泄漏监测中,提出TCP(Transmission Control Protocol)拥塞控制改进协议C3P(Cooperant Congestion Control Protocol),通过C3P源端检测RTT(Round Trip Time)延时信息和路由器反馈的1 bit显式预测信息来判断网络拥塞状态,自适应地调节拥塞窗口。仿真实验表明C3P协议能够有效地适应这种高带宽延时网络的传输特性,以保证网络获得更优的链路利用率、TCP友好性以及流与流之间的公平性。     

一种新的卫星导航星间链路测距体制及其定轨性能分析

现有的GPS星间链路轮询时分测距体制未针对定轨性能进行优化。对轮询时分测距体制进行改进,提出了一种新的分组时分测距体制,通过对整星座所有卫星进行分组测距来提高星间测距链路数量,从而提高星地星间联合定轨精度。以整星座平均定轨精度最优为目标,提出了两步优化算法,得到星间总测距链路数最多的卫星分组,使每组内卫星的星间测距DOP值最小。仿真结果表明,采用优化算法得到的最优分组时分测距方式对卫星定轨精度有明显改善。     

基于认知无线电的无线传感网系统设计与实现

为了提高认知无线电传感器网络(CRSN)中的能量使用效率和性能指标,提出了一种新的基于认知无线电的无线传感网系统,该系统中的传感器节点均使用改进的机会频谱接入路由协议,提出的协议能够更好地增加网络的可扩展性和提高网络性能。构建了精确的信道模型以便评估复杂的室内环境不同区域的信号强度,通过实验模拟对提出系统的性能进行评估。模拟结果显示,相比其他两种路由协议,提出的协议在吞吐量、包延迟及总能量消耗方面表现更佳。     

卫星通信系统中基于LDPC编码协同性能研究

文章提出在卫星移动通信系统中应用编码协同策略。分别建立卫星上、下行用户链路编码协同模型,仿真Rayleigh信道和Rician信道下基于LDPC编码的系统性能,并与单路未协同和传统两发一收分集系统进行性能比较。理论分析和仿真表明,采用LDPC编码协同策略相对于非协同时的系统性能有较大提升,虽然与分集系统性能有一定差距,但是其终端实现比较简单,在未来卫星移动通信系统中具有一定的应用前景。     

基于稳态遗传算法的间歇式覆盖天基雷达星座优化设计

针对天基雷达星座的构型优化设计,建立了能够反映星座重要工作性能的单双基地间歇式覆盖模型、星间链路模型、双基地雷达的动目标检测模型,得到了低轨道卫星星座星间链路判断准则,给出了统计评价特性和综合评估指标体系。在此基础上,建立星座设计的优化模型,采用基于可行解搜索法的协同演化遗传算法并融入稳态遗传进化策略,有效地处理带有复杂计算的目标函数和约束条件的星座优化问题,计算分析实例表明利用该方法进行星座设计是非常有效的。     

电磁发射系统以太网拓扑结构建模优化

拓扑结构优化模型是网络中的一类重要模型，可以有效地优化系统整体链路性能。针对电磁发射系统以太网拓扑结构中部分节点和链路的负载过大，一旦发生堵塞，将会影响网络中关键链路性能的问题，建立网络拓扑结构优化的多目标规划模型，并提出一套基于基因环操作的遗传算法对其进行求解，通过仿真得出最优的网络拓扑结构。根据仿真结果修改实际网络节点默认配置参数，结果显示该模型和算法能有效均衡负载，降低网络冲突率，且不需要改变电磁发射系统以太网的物理链路，不会增加额外成本，对电磁发射类系统具有普适性的意义。