星载6G核心网架构与网元功能设计及验证

为全面提升卫星的在轨服务能力,将6G核心网与卫星融合。针对6G核心网在低轨卫星部署的迫切需求,设计星载6G核心网体系架构,包括分布式架构、离线自治、网元智能化等功能。对星载6G核心网主要网元进行了优化设计,包括接入与移动性管理、会话管理、分布式服务注册与发现等。通过在轨部署和仿真试验,验证了所提星载6G核心网体系架构的有效性。仿真结果表明,集中式星载5G核心网网元之间的平均通信时延为109.3 ms,而分布式星载6G核心网的平均通信时延为60.3 ms,相较而言降低了44.8%;此外,5G集中式服务注册和服务发现的平均时延分别为40.53 ms和40.04 ms,而6G分布式服务注册和服务发现的平均时延分别为35.18 ms和34.91 ms,分别降低13.2%和12.8%。

智能高速铁路中基于低轨卫星网络的通信关键技术研究

智能高速铁路是构建现代综合交通运输体系的重要组成部分,建立支持高移动性、高速率、高可靠性、高实时性的通信链路是列车安全运行的基石。针对高速铁路空间跨度范围大、轨旁通信设备成本高、越区切换频繁等问题,探讨基于低轨卫星互联网技术实现车地通信的可能性及关键技术。分析智能高速铁路通信业务需求并根据不同的业务类型采用对应的专网或公网进行承载。研究了基于公网卫星互联网络的高速铁路无线接入架构。并在此基础上进一步探讨了面向智能高速铁路的卫星接入与低时延传输、星地链路多普勒频偏、星内/间波束切换等关键技术,以期实现低时延、高可靠的星地通信链路。

基于卷积注意力网络的卫星观测任务序贯决策方法

星上自主任务规划能够提高对地观测卫星应对星上任务、资源变化等动态不确定因素的快速响应能力,是卫星任务规划领域的一个重要研究热点。考虑到星上计算资源有限这一特点,现有研究主要采用启发式搜索算法对卫星星上自主任务规划问题进行求解,优化性还有待提升。基于观测任务序贯决策框架,利用卷积神经网络并行计算和注意力机制更易获取到高价值信息的优势,提出了一种基于卷积注意力神经网络的观测任务序贯算法,并设计了与之匹配的输入特征表示方法,实现对观测任务的实时决策。最后将提出算法和两种深度学习算法、两种启发式搜索算法进行了实验比较。实验结果表明,提出方法的平均响应时间不到已有深度学习算法的1/2,收益误差远低于启发式搜索算法,证实了所提方法的可行性和有效性。

基于确定性网络的网端一体流量交换机制

低轨卫星通信系统不受地理条件限制,相比于地面通信有覆盖范围广、运维成本低、部署周期短等优点,因此逐渐受到人们的关注;但对于低轨星座来说,拥有众多卫星节点的无线多跳网络,总传输和处理时延明显增大;确定性网络是近几年工业界新提出的一种网络技术,可以解决传统传统网络有关丢包和时延相关的需求,这与低轨卫星网络的需求相同;研究了地面网络确定性网络的关键技术和卫星网络的相关特征,将确定性网络技术应用到低轨星座,将ATS异步流量整形算法应用到星地间流量控制上,提出一种星载交换机制,优化了星载交换机的资源使用和丢包;借助NS3软件仿真了相关场景,并对结果进行分析,在多个仿真场景中均优化了星上资源利用,缓解了拥塞问题,在最优参数场景下实现了0丢包,吞吐量有5%以上的提升。

卫星通信的近期发展与前景展望

从分析卫星通信的特点入手,综述了卫星通信的卫星平台、可用频率资源和主要相关技术的发展状况,概述了典型的卫星通信系统的性能特点,介绍了卫星通信的应用及产业化发展情况,并展望了发展前景。

一种基于复指数调制精确重构滤波的宽带星载数字信道化器

信道化技术是下一代宽带卫星通信系统中星载交换的关键技术之一。运用该技术,提取宽带卫星上行信号中的各窄带信号,然后经过变频、基带信号处理、交换等处理,最后综合成宽带下行信号,进入卫星下行链路。该文针对宽带卫星通信系统,提出一种基于复指数调制精确重构滤波器组的新型宽带星载数字信道化器。该信道化器既适合均匀带宽交换、又适合非均匀带宽交换的星载信道化器。数值实验表明,该新型信道化器具有较强的灵活性和可扩展性,克服了已有信道化技术只适合均匀带宽星载交换的局限,同时对信噪比和数据存储量有较大的改进和提高。

一种简化的移动卫星网仿真方案

鉴于以星座组网模式建立的卫星网在仿真上实现的难度很大,提出了一种简化的卫星网仿真方案,利用地面固定的有线网络,在其中加入卫星网特性模型,使其完全呈现出卫星网固有的动态网络拓扑特性和动态网络时延特性。最后在OPNET上实现了本仿真方案。

星载Clos网络的全分布式容错调度算法

针对星载交换结构受空间辐射影响造成的可靠性严重下降问题,该文提出了一种支持全分布式调度的三级Clos网络及其全分布式容错(Fully Distributed Fault Tolerant,FDFT)调度算法,以提高星载交换结构在交叉点故障下的容错能力。该Clos网络的中间级和输出级采用联合输入交叉点队列,以支持Clos网络和交换单元内部的全分布式调度。FDFT采用一种分布式故障检测算法获得交叉点故障信息。基于对交叉点故障影响范围的分析,FDFT在输入级采用一种容错信元分发算法,实现无故障路径的负载均衡。理论分析证明,当任一输入/输出级交换单元故障个数不超过(m-n)或所有中间级交换单元故障个数不超过(m-n)时,其中m,n分别为输入级交换单元输入、输出端口数,FDFT能够达到100%吞吐率。仿真结果进一步验证,故障随机发生情况下,FDFT能够抵抗比故障任意发生情况下更多的故障,且在不同的业务场景下具有良好的吞吐率和时延性能。

基于自适应软切换的多星座组合导航系统研究(英文)

多卫星组合导航系统星座结构复杂、卫星数量多,在某些特定场合、特殊时间内需要快速完成星座和卫星的选取和重组。采用一种快速选星算法和自组织网络相结合的策略,并应用于多卫星导航系统建模和多星座软切换领域,既避开了系统对象建模这一难点,同时又充分利用卫星星座间的相互关联性,极大的发掘多卫星系统本身的潜力。仿真结果表明,快速选星算法和自组织组网技术可以增强整个导航系统的抗干扰性和自愈能力,以牺牲较少的定位精度来有效减少导航运算量,提高导航定位的实时性。

星上Clos交换网络的逆向调度算法

针对星上交换在匹配效率、硬件复杂度等方面的特殊要求,提出了基于MSM型三级Clos网络的逆向调度算法.与以往调度算法按模块排列顺序执行匹配操作不同,该算法首先在中间级缓存信元请求并进行内部匹配,然后使用中间级的匹配结果指导输入级模块的信元发送.调度过程中各阶段间相互分离,每一阶段的执行不依赖于前一阶段的结果,从而实现整个匹配过程的流水线操作.仿真结果表明,逆向调度算法在不增加硬件开销的前提下提高了调度匹配速度和效率,并达到较低的端到端时延性能.

卫星融合交换系统负载均衡异构路径算法

卫星交换系统中的光与分组两种异构业务需要进行融合交换,为了合理利用卫星异构交换系统中的异构路径资源,需要对异构交换路径采用一体化生成方法。基于卫星异构融合交换结构模型,定义了异构路径影响因子,用以定量衡量异构路径对整体交换性能的影响,并针对卫星交换结构特点,采用交换系统子路径个数以及路径转换参数作为约束条件,通过构建异构路径资源权值函数,准确评估卫星异构交换系统中路径的负载均衡能力。研究了在异构交换系统中采用不同算法对于网络负载均衡度和路径拥塞概率指标的影响,仿真结果表明,与传统路由与波长分配算法相比,该算法可以在特定网络业务负载下将系统平均负载平衡度降低约32%,平均路径阻塞概率降低约51%。

适用于卫星网环境的标签分发协议研究

为了满足星载交换技术的发展需求,针对卫星组网环境与地面网络的不同,在对多协议标签交换(MPLS)的核心——标签分发协议(LDP)深入研究的基础上,分析了其直接应用于卫星网中可能出现的一些问题,并且对LDP协议进行了适应性的改进。在OPNET仿真平台搭建环境进行了仿真验证,结果证明,改进的标签分发协议能够很好地适用于卫星网环境。

星上Clos交换网络的分治调度算法

针对星上交换的特殊要求,该文提出了基于MSM(Memory-Space-Memory)型Clos交换网络的分治调度算法。通过引入冲突域的概念,分治调度算法将MSM型Clos网络中的匹配问题分解成在冲突域内为每个中间级模块选择信元的问题。该调度算法限制了冲突发生的范围,简化了调度的复杂度,并且具有硬件实现简单、能适应多种业务等优点。仿真表明,分治调度算法在各种业务模型下的吞吐率都能接近100%,并具有良好的时延性能,满足了卫星通信的要求。

卫星通信站极化隔离度下降的排查及解决方法

针对卫星通信站接收交叉极化隔离度下降的问题,首先利用Matlab软件绘制了隔离度与极化角、线圆转换器偏差的关系曲线,然后通过实测值和公式相比较,推导出偏差理论值。最后,根据推导出的结论,通过工程实践解决了极化隔离度下降的问题,调整后测试的结果也验证了该方法的可行性。

星上抽样侦听统计自适应多址接入协议

提出一种新颖的多址接入协议—星上抽样侦听统计自适应多址接入协议。该协议考虑到卫星链路长时延特点,在星上对上行链路信道进行抽样侦听,统计每一固定的时间片中上行信道忙/闲比例,计算出各站最合理的分组发送概率,并通过下行链路广播到各站,以实现发送概率的自适应控制。理论分析和仿真结果表明:该协议可将上行链路的吞吐率提高并稳定到最大值区间附近,使端到端传输时延明显减小。

基于ATM交换的宽带多媒体通信卫星系统计费管理研究

网络管理功能是保证卫星应用系统正常运行的核心功能之一,针对新一代宽带多媒体通信卫星系统的特点,研究了作为商业卫星系统网络管理中必不可少的计费管理功能,建立了基于星载交换机计费代理实现的计费管理模型,提出了针对用户的结合会话和策略(区分业务策略、流量策略和QoS策略)的计费方案,设计了系统的计费管理公式,为新一代宽带多媒体通信卫星系统的实现和商业应用奠定了基础.

基于遗传算法的卫星MPLS网络路由协议研究

为了满足宽带卫星网络的QoS路由要求,提出一个基于遗传算法的卫星多协议标签交换网络路由协议。基于多目标规划方法建立了网络路由的数学模型并定义了度量参数,对遗传算法中的编码规则、适用度函数以及遗传操作等关键技术进行理论推导。仿真结果表明算法可行,并对遗传操作中交叉和变异概率的设定进行了对比分析。

卫星地面站在轨测试系统开关网络设计

对通信卫星的有效载荷进行在轨测试是一项重要的工作;在实际工作中,在轨测试的项目多,测试周期长,测量精度要求高,人工很难达到测试要求,因此开发一套卫星地面站在轨测试系统是十分必要的;在轨测试系统中的开关网络是该系统的重要组成部分;介绍了开关网络在系统中的作用,说明了开关网络在自动测量中的重要性;分析了开关网络的工作原理和功能,给出了开关网络的设计方案和实现方法;最后对测试结果进行了分析;该系统投入使用以后,测试效率高,测量精度高,自动化程度高,达到了设计要求。

低轨道量子卫星通信时分交换方案及性能分析

为解决低轨道量子卫星覆盖范围下,多个量子用户的接入与信息传输问题,提出了一种多波束时分量子交换方案,并详细给出了时分量子卫星交换机的工作原理。在不同的通信时隙上,为用户分别建立量子纠缠信道并进行量子信息传送。为克服星地链路及星际链路的时延问题,提出了基于量子信道字的交换和传输方法,从而降低单时隙量子比特传输的平均时延。系统性能分析与仿真结果表明,时隙个数、量子信道字长是影响系统的用户数量、吞吐量、呼损指标的关键因素。在一定的信道条件下,通过对这些系统参数进行合理设计,能够满足特定量子卫星系统的服务需求。

第五代海事卫星通信系统全球网络架构与技术特性研究

文章从技术角度出发,分析了基于Ka的海事卫星通信系统全球网络架构,并结合在应用中所体现的特点,对海事卫星GX宽带业务的技术特性进行了分析和思考,有助于了解和掌握全球最新一代移动卫星通信技术的发展趋势,对于推动我国Ka频段卫星通信业务开展,安全应急通信发展、促进我国移动卫星通信技术进步具有现实意义。