39100字硕士毕业论文卫星通信网络路由理论及仿真
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：39100字
论点：算法,轨道,路由
论文概述：
本文首先通过对数据报路由算法的介绍，提出该算法的不足，加以改进，然后通过仿真分析算法性能。由于研究对象的特殊性，卫星路由技术很难进行实物实验，但是又必须对路由算法进行评测
论文正文：
介绍
1.1项目背景
随着社会的发展，[/k0/]之间的资源变得越来越宝贵，对空技术的研究也变得越来越重要。因为卫星网络有许多地面网络无法实现的特性，例如，它可以克服地理限制，覆盖面广。卫星发展的历史正在从一颗恒星向一个星座移动，形成一个卫星通信网络。卫星通信网研究的关键技术之一是卫星通信网[1号的路由技术，路由问题的关键是路由算法。在地面网络通信系统中，路由问题已经得到很好的解决，但是在卫星通信系统中，路由问题仍然是一个亟待解决的基本问题。大多数早期的卫星通信系统使用地球同步轨道卫星(GEO satellites)作为中继，然后使用弯管(Bent-Pipe)传输数据，用于地面两点之间的通信。然而，这种形式的数据传输是固定的，没有路由。为了建立低轨层卫星通信网络，有必要研究适合低轨层的路由算法。数据报路由算法应运而生，但尽管有算法，我们还是很难对算法有一个量化的理解。该算法能否得到改进还不得而知，这种算法能否应用于甲醇卫星也不得而知。因此，在这种背景下，本文计划对数据报路由算法的缺点进行研究和改进。然后，在极轨卫星星座的情况下，利用NS仿真软件研究数据报路由算法是否可以应用于由MEO卫星组成的极轨卫星星座。最后，在此基础上，研究了算法的一些性能和特点。
1.2国内外研究现状
国内外在路由算法的研究方面做了大量工作，取得了许多成果，迪克斯特拉算法就是其中之一。Dijkstra算法，也称为最短路径算法，是一种集中式静态算法。虽然它定期执行，但它也可以自我调整。它要求执行算法的节点在网络节点之间具有链路成本信息。它的优点是每个节点都在本地执行并做出自己的选择。它的缺点是需要节点具有网络拓扑和链路成本信息。此外，还有一些基于单层卫星通信网络的路由技术，如FSA算法和Darting算法。虽然目前对算法进行了大量的研究，但对算法的应用范围、效率和性能的研究很少，对现有算法的性能也没有定量的了解。由于研究课题的特殊性，卫星路由算法不能进行物理实验，所以理想的方法是利用软件仿真来评估算法的性能。介绍、改进和模拟数据报路由算法，以了解该算法在极轨卫星星座[2]中的性能和效率。数据报路由算法是一种基于虚拟节点的路由算法。虚拟节点的概念主要是充分利用星座运动的规律性。它具有与虚拟拓扑路由相同的功能，并保护卫星的移动性免受运行在卫星网络上的路由协议的影响。该算法使用虚拟节点来寻找源卫星和目的卫星之间的最佳路径。算法中的每个数据包都是分布式的，并且是独立路由的。该算法复杂度相对较低，适用于由低轨卫星[3]组成的极轨卫星星座。
1.3本文的主要研究内容
首先介绍了数据报路由算法，指出了其缺点，对其进行了改进，然后通过仿真分析了其性能。由于研究对象的特殊性，卫星路由技术很难进行物理实验，但必须对路由算法进行评估，因此只能进行仿真研究。通过比较，最终选择神经网络作为仿真软件。网络服务中没有现成的模型可供研究，因此网络服务中的协议需要修改以满足本研究的要求。本文的主要研究内容如下:
(1)改进前后分析算法的性能比较；
(2)分析了将数据报路由算法应用于由MEO层卫星组成的极轨卫星星座的性能，从而确定该算法是否适用于MEO层卫星星座；
(3)研究数据报路由算法在特殊条件下与其他算法相比的性能
(4)研究轨道倾角对算法性能的影响；
(5)研究负载变化对算法性能的影响。
判断算法好坏的最重要指标是延迟。因此，本文根据仿真数据文件计算算法在特定条件下的延时，分析了算法的性能。
2卫星网络和卫星路由
2.1卫星星座概述
卫星星座定义为一组卫星的空分布和排列。星座设计主要是为了克服地球同步轨道卫星通信系统的缺点。最早的星座体现在亚瑟·克拉克(Arthur C.Clark)于1945年提出的三颗地球静止卫星可以覆盖整个世界(极点除外)的理论中，如图2.1所示。根据不同的分类方法，星座可以分为不同的类型。根据星座配置，可以分为同质星座(如沃克星座)和异质星座(如椭圆星座)。根据覆盖范围，可分为全球覆盖星座、禁忌频带覆盖星座和区域覆盖星座。根据应用，它可以分为混合功能星座和单一功能星座。世界上第一个全球星座是美国全球定位系统，如图2.2所示。中国还自主开发了北斗导航卫星系列。
除了轨道形状，还应考虑轨道倾斜度。事实证明，当轨道倾角为116.6度或63.4度时，地球的引力可以忽略不计
3仿真星座设计和DRA算法……13
3.1模拟星座设计简介.........13
3.2 DRA算法介绍和对小于的改进.........14
3.3算术.........17
br/] 4纳秒介绍和模拟程序设计.........20
4.1模拟工具简介.........20
4.1.1 ns导言.........20
4.1.2 ns安装.........22
4.2模拟程序设计.........24
4.3卫星节点模块.........26
4.4卫星链路模块.........28
4.5卫星路由模块.........30基于
5纳秒的模拟和结果分析.........33
5.1算法优化前后的性能比较.........33
5.2甲醇层应用试验研究.........36
5.3低地球轨道层性能测试研究.........41
5.4轨道倾角对算法的影响.........43
5.5剩余问题.........46
5.6模拟结论.........47。然而，当选择倾斜角时，低强度区域的覆盖特性并不好。可以通过为不同保密程度的覆盖选择适当的倾角来减少卫星数量。赤道轨道是与赤道平面重合的轨道。这条轨道适合覆盖赤道附近的区域，但是对两极的覆盖特性太差。极地轨道垂直于赤道平面，穿过[的北极和南极。这种轨道具有良好的覆盖特性，但是相同的覆盖特性需要比倾斜轨道更多的卫星。除了上面提到的两种轨道之外，其余都是倾斜轨道，它们具有良好的覆盖特性，并且需要相对较少的卫星，但是设计复杂。倾斜轨道的一个典型例子是沃克星座。轨道高度是影响星座设计的另一个关键因素。由于轨道较高，覆盖特性较好，所需卫星数量较少，但通信时延会增加，因此选择合适的轨道高度非常重要。低地球轨道(LEO)——一般高度在500公里至1500公里之间，运行周期在94分钟至115分钟之间，切换频繁。实际应用的例子包括全球卫星系统和卫星系统。该轨道适用于地球观测卫星和移动通信卫星系统。低轨卫星(LEO satellite)具有延迟小、发射功率低的优点，但其覆盖面小，因此需要大量卫星，同时接收大气阻力大，需要频繁的轨道修正，因此LEO satellite不适合导航。中地球轨道高度一般在5000公里到25000公里之间。这种轨道空空气阻力小，轨道稳定，适用于导航和多媒体通信卫星。同步地球轨道高度约为36000公里，传播延迟约为270毫秒，信号往返约为540毫秒。由于卫星相对于地面静止不动，地球同步轨道卫星的覆盖特性基本不变。一颗卫星覆盖了大约38%的区域，所以三颗卫星可以完成全球覆盖。地球同步轨道卫星广泛用于通信、广播和导航。随着各国空技术的发展，地球同步轨道卫星越来越短缺。三个高度的卫星轨道比较见表2.2。
[7]
结论
本文介绍了卫星通信的一些方面，并介绍了一种特殊的极轨卫星星座模型。然后，根据低轨卫星的路由技术，介绍了一种基于极低轨星座的算法(数据报路由算法)。通过对算法的分析，发现并改进了不足之处。然后介绍了网络服务软件，并利用网络服务构建数据报路由算法所需的运行场景。然后进行了仿真，并通过对仿真结果的分析得出了一些结论。通过对算法的仿真分析，验证了与优化前相比，优化后的算法性能有所提高。此外，通过仿真得到了数据报路由算法的一些特点。仿真结果表明，该数据报路由算法可以应用于由MEO卫星组成的星座，其性能略优于最短路径算法。当轨道高度增加时，算法延迟会增加，但算法仍然适用。当轨道倾角变小时，延迟增加，这表明这是一种最适用于极轨道卫星星座的算法。
本文仿真部分做了以下工作:(1)卫星节点的建立；(2)建立卫星间链路；(3)卫星间下一跳关系的建立；(4)路由模块代码的实现；(5)编写主文件，调度所有配置的元素，实现仿真，输出数据文件；(6)分析数据文件，分析算法效率，达到预期效果。由于我的能力有限，还有一些事情还没有研究，比如网络拥塞时数据报路由算法的性能，当网络中有节点出现故障时算法的性能，以及在出现问题时算法是否可以改进，这些都可以作为以后的课题来研究。
参考
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