低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡路由關鍵技術研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、低軌(LEO:Low Earth Orbit)衛(wèi)星網(wǎng)絡,是指采用若干LEO通信衛(wèi)星節(jié)點構成的星座網(wǎng)絡。由于LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡具有廣闊的地理覆蓋特性、較短的通信往返延遲、較低的用戶終端與衛(wèi)星節(jié)點間通信功耗以及高效的無線頻譜復用特性,為實現(xiàn)全球?qū)崟r無縫信息傳遞,提供了有效的解決手段,在視頻點播、多媒體廣播、遠程醫(yī)療、遠程教育和高速互聯(lián)網(wǎng)接入等領域,具有廣闊的應用前景和研究價值。
  路由技術作為解決LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡承載互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)報通信的核心

2、技術,對信息的高效實時傳遞,具有極為重要的意義。然而,LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡的時變拓撲、用戶與衛(wèi)星節(jié)點間接入關系的不斷變化、星上處理能力嚴重受限和節(jié)點硬件不可升級等特性,給LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡路由協(xié)議設計提出了嚴峻挑戰(zhàn)。本文圍繞LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡路由協(xié)議設計中面臨的現(xiàn)實問題,重點對移動管理、單播和組播等關鍵技術開展了深入研究。本文的主要研究成果和貢獻如下:
  1、提出一種地球靜止軌道(GEO:GEostationary Orbit)衛(wèi)星輔助的移動

3、管理協(xié)議——GSAMM(GEO-Ssatellites-Aided Mobility Management)。
  為了實現(xiàn)用戶節(jié)點間的數(shù)據(jù)報通信,LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡除了需要具備數(shù)據(jù)報路由功能外,還需要通過移動管理系統(tǒng)對用戶節(jié)點進行定位,以及在用戶節(jié)點切換接入衛(wèi)星節(jié)點時,保持已有的通信進程不被中斷。由于用戶節(jié)點與LEO衛(wèi)星節(jié)點間接入的關系動態(tài)性,以及LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡中,存在諸如“seam”區(qū)域、極地區(qū)域等特殊區(qū)域,因此在LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡中

4、,通過LEO衛(wèi)星實現(xiàn)基于空間的移動管理,存在綁定更新和定位開銷過大等問題。針對這些問題,提出一種以GEO衛(wèi)星為主的基于空間的移動管理協(xié)議GSAMM。GSAMM利用GEO衛(wèi)星具有覆蓋范圍廣的特點,借助 GEO衛(wèi)星完成LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡移動管理的主要工作,從而降低了定位用戶節(jié)點過程的復雜性和開銷;同時,采用本地基于距離的位置更新方法,降低了網(wǎng)絡中綁定更新事件產(chǎn)生的頻率和開銷等問題。由于LEO衛(wèi)星只負責輔助性的工作,無需判斷與本衛(wèi)星節(jié)點覆蓋區(qū)域重

5、疊的定位區(qū)域,是否與相鄰LEO衛(wèi)星節(jié)點的覆蓋區(qū)域重疊;并且,相鄰的LEO衛(wèi)星節(jié)點之間不需要交互彼此覆蓋區(qū)域的信息,極大地減小了LEO衛(wèi)星節(jié)點在移動管理方面的開銷。實驗結果表明,與已有相關研究工作比較,GSAMM協(xié)議可減少70%以上的管理開銷。
  2、提出一種基于用戶節(jié)點相對不變屬性的分布式路由協(xié)議——RBRUAU(Routing Based on Relatively-Unchanged Attributes of Users)

6、。
  LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲的時變特性,以及用戶節(jié)點與衛(wèi)星節(jié)點間接入關系的動態(tài)性,給點到點路由協(xié)議的實現(xiàn),帶來難以維持路由信息與網(wǎng)絡拓撲、與接入關系一致的問題。針對該問題,提出一種新型分布式路由協(xié)議RBRUAU,它無需維持路由信息的一致性的。RBRUAU是在基于地理位置的路由算法基礎上實現(xiàn)的,即無需維持路由信息的一致性,又能夠快速適應網(wǎng)絡拓撲的變化,具有較小的信令和處理開銷,以及良好的可擴展性。RBRUAU首先對實施基于地理位置的路

7、由算法時,所需要應對的本地極值情況進行分類;然后,利用衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲的規(guī)律性,通過將用戶節(jié)點的相對不變屬性與基于軌跡的轉(zhuǎn)發(fā)方法相結合的方式,解決不同類型的本地極值問題。實驗結果表明,與用戶節(jié)點間最短路徑所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)報傳輸延遲相比,RBRUAU產(chǎn)生的平均延遲增加值不超過9.2%。
  3、提出一種基于組播用戶地理位置的組播路由協(xié)議——GMPBMR(Group-Members Position Based Multicast Routi

8、ng)。
  LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲的時變特性,以及用戶節(jié)點與衛(wèi)星節(jié)點間接入關系的動態(tài)性,給組播路由協(xié)議的實現(xiàn)帶來了組播狀態(tài)信息難以維護的問題。針對該問題,提出一種不依賴于“組播樹”,轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)報的組播路由協(xié)議 GMPBMR。GMPBMR依據(jù)衛(wèi)星所在軌道面,對LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡中的衛(wèi)星節(jié)點分簇,將組播用戶與衛(wèi)星節(jié)點間接入關系的變化信息,限制在簇內(nèi)衛(wèi)星節(jié)點間通告;使用基于地理位置的路由算法路由組播數(shù)據(jù)報,使得GMPBMR能快速適應網(wǎng)絡拓撲

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