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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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[2]毛腾跃、徐正泉、朱荣波。下一代卫星网络发展研究[。《电信科学》,2012年(第6期),
[3]马库斯·韦,塞西莉亚·德,汉斯-乔诉低地球轨道/中地球轨道卫星网络中基于atm的http://sblunwen.com/txgclw/路由,卫星间链路[j]。1997年(第1号)。
[4]伊玛目细川伊玛目..《环太平洋地区的双向卫星时频传输网络》,[,Ieee Transinstrument Meas,2001,50 (2)。
[5]张玉林、范丽、张燕、向俊华。卫星星座理论与设计[ML北京:科学出版社,2008
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[..具有动态连通性的低地球轨道卫星网络路由算法[[]。无线网络杂志。2000.