基于QoS保障的空天环境路由策略研究

摘要

空天环境中，各种高度轨道卫星、临近空间平台、地面设备等多层次多种类网络节点并存，具有覆盖范围大、传输距离远、系统稳定性高等特点，能够实现大范围持续可靠通信，是继地面通信系统和卫星通信系统之后最具发展前景的通信网络体系。
　　空天网络以卫星、临近空间平台为网络骨干节点，为地面及空中静止或高速移动的用户提供通信服务。针对空天环境的特点，为了保障数据传输的可靠性、高效性，需要设计合理的路由策略来满足不同业务的QoS（Quality of Service，服务质量）需求，因此基于QoS保障的路由策略是本文研究的重点。
　　首先，对空天网络体系进行总体分析。建立通信网络模型，确定整个网络的拓扑结构、节点在网络中的作用、数据在链路的传输方式，在此基础上根据空天网络的特点选择合适的路由机制。
　　其次，针对空天环境下通信网络拓扑结构高动态变化的特点，设计合理的虚拟拓扑控制策略，这是QoS路由策略的基础。在传统数据包包头的基础上增加源接入点和目的接入点的IP地址。针对骨干节点的动态性，采用时隙划分的方法将动态的拓扑转换成相对静止的虚拟拓扑；在时隙内采用Dijkstra算法以链路状态作为参数来计算最优路径；在时隙切换时，采用软切换策略避免传输中断。针对用户节点的动态性，设计了用户接入骨干节点和切换骨干节点时的消息传输机制，并建立用户骨干节点连接表进行目的用户连接节点的查询。仿真结果表明，本文路由策略在分组投递率和路由开销上的性能得到了提升。
　　最后，在解决拓扑动态性的基础上，针对链路状态高动态变化的特点，为满足不同业务的QoS路由需求进行路由机制的研究。首先根据业务需求对传输业务进行分类；分析了影响链路状态的因素，并用时延的形式进行表示，其中对排队延时建立排队论模型进行了重点分析；建立链路状态信息表来表征整个通信网络的状态；在此基础上，基于时变链路状态和业务需求得到路径代价函数和约束条件，建立路由优化模型；针对不同业务类型分别设计路由优化算法。对链路排队延时和丢包重传延时进行仿真，仿真结果证明了模型的正确性。
　　通过对路由策略设计，实现了高动态拓扑结构和高动态链路状态下的不同业务的QoS保障，保证了数据传输的可靠性、高效性，提高了资源利用率。

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目录

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 研究的目的及意义

1.3 国内外研究现状及分析

1.4 本文主要研究内容

第2章 空天网络通信体系概述

2.1 引言

2.2 空天通信网络拓扑结构分析

2.3 数据传输方式

2.4 路由机制的选择

2.5 相关路由策略的介绍

2.6 本章小结

第3章 基于高动态拓扑结构的虚拟拓扑控制机制

3.1 引言

3.2 数据包的包头设计

3.3 骨干节点动态性控制策略

3.4 用户节点动态性控制策略

3.5 骨干节点操作

3.6 仿真与性能分析

3.7 本章小结

第4章 基于高动态链路状态的QoS路由机制

4.1 引言

4.2 传输业务类型及其QoS需求分析

4.3 影响链路状态的因素及其表征方法分析

4.4 网络状态信息

4.5 建立路由优化模型

4.6 QoS路由算法的设计

4.7 路由选择与数据转发

4.8 仿真与性能分析

4.9 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢