卫星网络中基于网络编码的路由算法设计和研究

摘要

由于卫星网络拓扑动态变化、链路中断、时延大等特点，使卫星网络实现数据的高效可靠传输仍是一个挑战性问题。目前，设计高效可靠稳定的卫星路由协议一直是卫星通信系统研究的热点。然而，现有的卫星路由协议大都存在健壮性差的缺点，因此设计一种能够弥补上述问题的路由算法成为本文研究的重点。近年来，网络编码的出现为解决该问题提供了一条有效的途径。但是，如果强制在卫星网络中使用网络编码，将会导致大量的时延并增加各个卫星节点处理信息的复杂度;若只进行最短路径路由将不能适应动态变化的卫星网络拓扑。因此，本论文利用网络编码在无线网络中能够提高网络的吞吐量，降低传输的时延等优点，设计一种编码感知路由算法，该算法能够有效地降低传输时延并提高网络的吞吐量。
　　本文提出了一种基于卫星网络的编码感知路由算法，即选择能够进行网络编码且使得传输次数最小的一条或多跳路径进行数据传输。在设计该算法的过程中，首先要确定卫星网络中能够进行网络编码的节点集合，该集合主要通过计算中继卫星节点的入度和编码机会（编码机会是指节点两个虚拟缓存为空的概率）来确定。其次，设计将网络编码考虑在内的编码路由判据，来进行路由的发现。然后，采用线性规划对判据进行优化，使数据在卫星网络中传输次数达到最小。最后，采用NS2实现性能仿真，结果表明，在卫星网络中采用本文设计的编码感知路由算法，能够有效地增强节点对数据的处理能力，相比于传统最短时延路径卫星路由算法，具有5％～20％的网络吞吐量增益。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 卫星网络路由发展概况

1．3 网络编码国内外研究现状

1．4 本文的主要工作

1．5 本文的结构安排

第二章 卫星网络路由算法研究

2．1 卫星网络概述

2．1．1 卫星网络特点

2．1．2 卫星网络应用领域

2．2 卫星网络的星座模型

2．2．1 极轨道星座

2．2．2 Walker Delta星座

2．3 卫星网络链路

2．4 卫星网络中的相关路由算法

2．4．1 基于数据驱动的路由协议

2．4．2 基于覆盖域划分的路由协议

2．4．3 基于虚拟节点的路由协议

2．5 本章小结

第三章 基于卫星网络的编码机会和路由判据设计

3．1 网络编码技术

3．1．1 网络编码的基本概念

3．1．2 网络编码模型

3．1．3 网络编码方式

3．2 卫星网络拓扑矩阵构建

3．3 编码机会计算

3．4 编码路由判据的设计与优化

3．4．1 编码路由判据的设计

3．4．2 编码路由判据的优化

3．5 仿真分析

3．6 本章小结

第四章 编码感知路由算法的设计实现与仿真

4．1 编码感知路由算法思想

4．2 传输数据包的设计

4．3 基于NS2的算法设计实现

4．3．1 NS2组成机理以及模型

4．3．2 基于NS2的算法仿真步骤

4．3．3 具体的算法设计实现

4．4 仿真分析

4．4．1 Tcl脚本设置

4．4．2 添加协议类及数据包

4．4．3 网络性能参数计算

4．4．4 仿真结果分析

4．5 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

研究成果