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《清华大学》 2007年
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卫星网络QoS路由协议及其优化理论研究

周云晖  
【摘要】: 本文提出了一种基于低轨/中轨/高轨(LEO/MEO/GEO)卫星网络体系结构(TLSN)和时隙划分思想的QoS路由协议(TDRP),详细阐述了时隙划分规则和时隙优化方法,重点研究了QoS路由模型、协议实现机制和路由算法(BDA)的实现原理。在此基础上,路由协议和路由算法的性能得到了详细分析和仿真验证。研究的主要内容包括: (1)卫星网络体系结构。系统研究了典型星座模型;全面分析了单层卫星网络拓扑结构变化特性与星座类型和星座参数之间的关系;对于多层卫星网络(MLSN),通过仿真手段量化了典型卫星星座的拓扑变化特性;详细阐述了时隙划分规则及其优化方法,优化后的时隙分配减少了卫星切换次数,为路由协议提供了更大的收敛时间范围。 (2)基于区分服务的卫星网络QoS路由模型。根据逐跳路由机制和奖赏服务质量概念,建立多约束QoS路由模型;深入分析了QoS路由的可行性并给出了理论证明;系统研究了QoS时延参数,建立了端到端时延参数的优先级排队模型,解决了时延参数的求解问题。 (3)QoS路由协议设计和优化方法。提出了TDRP的协议架构和优化策略,设计了QoS信息收集和处理相隔离的协议优化方法,有效减少了路由协议的通信开销;提出一种集中式路由计算和分布式路由计算相结合的路由算法(BDA),减少了路由协议的计算开销并保证协议在一个时隙长度内收敛;分布式路由计算采用一种新的启发式路径空间搜索算法,在满足左保序性的卫星网络中,可以为重路由的业务提供奖赏类服务质量。 (4)仿真平台设计和路由协议性能评价。提出了基于OPNET环境的卫星网络软件仿真平台结构,全面研究了网络拓扑结构、网络接入策略、邻居卫星节点发现方式、卫星运行轨道自主维护和星际链路模拟的实现方式;详细分析了卫星网络体系结构和路由协议的性能,通过仿真证明了TDRP的可行性和BDA算法的QoS保证能力。
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