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《华中科技大学》 2008年
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卫星移动通信网若干理论和技术研究

王莹  
【摘要】: 卫星通信由于具有覆盖面积大、不受地理条件限制等特性,在通信发展的过程中日益受到人们的重视。宽带移动多媒体通信业务的迫切需求和卫星设备制造技术的提高使得卫星通信从单星、纯转发式的工作模式向多星、具备星上处理能力的网络模式迈进。与地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)卫星相比,采用非地球同步轨道卫星如低地球轨道(Low Earth Orbit, LEO)卫星、中地球轨道(Medium Earth Orbit, MEO)卫星具有较小的传播时延和较低的用户终端EIRP要求,因此包含多颗非同步轨道卫星、具有星上处理能力和星间链路(Inter Satellite Link)成为目前卫星移动通信网络结构的共同特点。21世纪的卫星通信正在向一个新的水平攀升,宽带化、数字化、IP化、个人化、服务综合化以及低成本化是卫星通信需要达到的理想目标。新的目标带来新的课题,值得人们去关注和研究。 本文重点研究卫星移动通信网络结构和路由技术,从满足需求的角度在卫星移动通信网络结构设计过程中引入新的概念,深入挖掘卫星通信网与地面通信网的本质区别,提出了复合单播路由算法和基于蚁群算法的复合多播路由算法。论文主要贡献如下: 提出了卫星移动通信网约束连通度的概念,并将其应用于网络结构的设计和评价。经典图论中的连通度目的在于度量网络可达性,卫星移动通信网约束连通度重点在于度量两点之间满足约束条件的可用路径,从而在网络可达与网络可用之间有了明显的区别。 利用卫星轨道的空间立体性提出了管理网与业务网物理分离的集中式管理思路。轨道高度高的卫星对轨道高度低的卫星能够进行长时间、大面积的覆盖,是一种天然的集中式管理结构。管理网与业务网的物理分离一方面减轻了业务网的处理负担,使信息转发的效率更高,另一方面管理网易于掌握全网运行状态,有利于全面提高网络性能。 利用卫星移动通信网的拓扑特点提出了复合单播路由算法。影响路由选择的因素有静态参数和动态参数。由静态参数决定的路由称为静态路由,静态路由经动态参数修正以后的路由称为最终路由。确定静态路由时,利用卫星运行的规律性和星间链路分布的规则性两大特点,缩小传统最短路径算法的搜索空间,从而简化运算量;一旦网络进入运行阶段,节点监控动态参数,在静态路由的基础上修正,从而得到平衡网络流量的最终路由。 提出了卫星移动通信网中基于蚁群算法的复合多播路由算法。多播路由问题被证明是一种NP-hard问题,而蚁群算法在解决NP-hard问题方面具有较好的表现。复合多播路由算法利用卫星拓扑规则的特点控制蚁群算法的执行,能够在减少运算量的情况下快速收敛到较优解。
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