空间信息网络时变图建模方法

空间信息网络是星地融合网络中一个重要组成部分,其拓扑具有时变性和可预测性。采用一个合适的时变图模型来表征时变的空间信息网络,对于空间信息网络性能分析至关重要。首先阐述了空间信息网络的特性,然后介绍了多种空间信息网络时变图模型的建模方法,包括快照序列图、时间扩展图、存储时间聚合图和多功能时间扩展图,并且分析了它们的特征和优缺点,为6G星地融合网络的研究奠定基础,为网络性能分析提供了理论支撑。

一种多状态空间信息网络拓扑生成算法的优化

空间信息网络是一种具有节点运转高速性、周期性的网络。随着近地轨道卫星日益增多,空间信息网络拓扑动态性极强,网络拓扑抗毁优化问题将具有研究意义。在考虑卫星组网的可视性、卫星节点的连接度、以及整个网络通信链路数等多种状态情况下,以最小化网络中卫星节点间的端到端时延为优化目标,构建一个满足多种约束条件的网络拓扑优化模型,提出一种优化后的模拟退火算法对模型进行求解,在模拟退火过程中创新性的提出了网络流算法进行邻域求解。实验表明,模拟退火混合求邻域算法显著优于模拟退火随机求邻域算法。

基于SDN的空间信息网络自适应QoS路由算法的设计与实现

为了满足用户对网络服务质量的要求,本文提出一种基于SDN的空间信息网络自适应QoS路由算法。该算法采用SDN控制器对网络进行全局控制和管理,通过收集网络拓扑信息和质量参数,动态调整路由策略,实现网络的自适应QoS路由。实验结果表明,该算法能够有效提高网络服务质量,优化网络性能。

基于SDN的空间信息网络自适应QoS路由算法

针对空间信息网络存在节点资源有限,且难以提供个性化的服务的问题.本文提出了一种自适应的多约束QoS(Quality of Services)路由算法.首先,利用SDN(Software-Defined Network)实时获取链路QoS参数的特性,提出了考虑了链路质量、剩余带宽和节点负载因素的传输代价模型,建立以路径最小代价为优化目标的多约束QoS路由模型,以最大化网络吞吐量.然后,为满足不同优先级数据流的QoS需求,利用Adam(Adaptive moment estimation)算法解决多约束模型阈值自适应问题.与传统的手动设置方式相比,能够更好地适应网络变化,提供更加个性化的服务质量.最后,通过改进的蚁群算法求解多约束优化问题,利用双禁忌表优化候选节点,根据SDN可编程特性讨论了信息素挥发系数取值问题,最终求得最优路径.数值结果表明,与相关方案相比,该方法在满足空间信息网络多优先级QoS需求的同时,在算法收敛速度和网络吞吐量、负载分布指数方面具有更好的性能.

基于算力路由的空间信息网络低时延在轨协同计算策略

针对当前空间信息网络(Spatial Information Network,SIN)地面数据处理模式中存在的高传输时延问题,提出了基于算力路由的低时延在轨协同计算策略。考虑到卫星网络的动态变化及卫星计算资源的异构性,提出了要素时空扩展图模型,以实现在屏蔽SIN动态性的同时对星上资源进行精确表征。在此基础上,构建基于算力路由的多星在轨协同计算数学模型,提出时延优化问题,并利用改进的异构最早完成时间(Heterogeneous Earliest Finish Time,HEFT)算法进行求解。仿真结果表明:卫星在轨协同计算可有效降低卫星数据的任务处理时延;同时,本文所提的改进HEFT算法以较小且可接受的收敛性能为代价,换取了业务处理时延的大幅度降低。

基于作战环的空间信息网络动态建模

针对空间信息网络的使命任务和本身的高动态性、复杂性等特点,提出一种空间信息网络建模方法。通过作战环理论区分网络节点和边的不同类型,在时间累积时变图的基础上对网络建模。使用STK软件构建案例网络,分析空间信息动态网结构特性,研究空间信息动态网中作战环的形成过程以及节点之间的联系,通过作战环的数量以及网络连通性能的变化结果验证了模型的可用性。相较于其他网络模型,所提方法能够同时反映空间信息网络的功能性和高动态性,有效体现网络节点和边的特征属性。

空间信息网络可靠传输协议研究

设计了与传统TCP相兼容的空间信息网络可靠传输协议STP。协议针对空间环境特点从慢启动算法、拥塞避免算法、快速重传和快速恢复算法等多方面对传统TCP进行综合改进,仿真分析结果表明STP协议比传统TCP性能有较大提升,也比主要针对卫星通信的TCP改进协议的性能有一定改善。能较好地适应空间信息网络中的信息可靠传输需求。

空间信息网络关键节点分析方法研究

空间信息网络结构具有动态变化等特性,对其关键节点分析应该在某一时间段内考虑。在基于时间片的空间信息网络关键节点分析方法基础上,结合卫星的业务特点,提出了一种基于累积模式的动态空间信息网络关键节点分析方法,通过对节点之间访问时间和访问次数的加权处理,将空间信息网络转化为加权静态空间信息网络后进行关键节点分析。利用STK和MATLAB软件进行仿真,实验结果表明所提出的方法能较好地分析空间信息网络关键节点。

基于MPLS的空间信息网络路由策略

针对空间信息网络中卫星链路组网时延长、IP技术与ATM技术体制难以融合与互通的问题,基于卫星多协议标签交换(MPLS)组网方案,提出一种空间信息网络路由策略。将IP数据包和ATM信元采用统一的MPLS格式进行封装,融合IP与ATM 2种技术体制,在融合过程中为合理选择传输路径,提出一种基于跳数和带宽利用率的路径选择算法。通过OPNET仿真平台进行验证,结果表明,与OSPF卫星网络路由策略相比,该策略能够有效降低网络的传输时延。

软件定义空间信息网络多控制器动态部署策略

在传统控制器静态部署策略中,控制器和交换机的映射关系是静态的,导致其无法适应卫星高动态的拓扑和网络流量变化。为此,提出一种基于软件定义网络的空间信息网络多控制器动态部署策略。充分考虑拓扑的周期性变化与流量的突发性,针对控制器负载过载和欠载2个临界状态,提出一种基于双门限的交换机动态迁移方法,以解决过载时控制器失效与欠载时资源浪费问题。仿真结果表明,与多控制器静态部署策略相比,该策略能够提升系统吞吐量,降低系统响应时延,提高网络整体性能,保证控制器间的负载均衡。

空间信息网络中基于LT码的分布式存储策略

针对空间信息网络(Space Information Network,SIN)节点存储资源严重受限及存储可靠性问题,该文提出一种基于LT(Luby Transform)码的分布式存储策略(Distributed Storage Strategy based on LT codes,DSSLT)。采用定向随机漫步机制,使得源数据包能够更快地遍历整个网络。在信息估计阶段利用基于ID的估计方法进行网络全局信息估计,使所有节点快速获得网络全局信息。合理的数据包选择机制使得最终编码度分布趋于期望的度分布。分析和仿真结果表明,与具有代表性的分布式存储策略相比,该方法大幅度减少了数据包传输时的随机漫步步长,同时提高了译码性能,简单易行。

SDN架构下的空间信息网络业务识别技术

针对传统的离线业务流量识别方法消耗时间长、实时性差的问题,通过对空间信息网络管控和网络资源的高效编排,提出一种基于软件定义网络(SDN)架构的空间信息网络业务识别技术。运用OpenFlow协议在线收集业务流量,提取流中前5个数据包作为一条子流,在SDN控制器上实现基于机器学习的在线业务分类,同时给出一种具有噪声过滤功能的协同训练算法Dif-TriTraining。实验结果表明,与传统的Tri-Training算法相比,该算法能够有效提升业务识别的准确率。

地月空间信息网络体系架构对比研究

针对载人月球探测月面全空域、全时域覆盖的通信需求,对现有直连通信和几种引入中继通信的地月空间信息网络体系架构进行了仿真对比分析,最终确定了引入中继通信并融合近月空间子网和近地空间子网的地月空间信息网络体系架构为最优方案,该体系架构兼具多重月面覆盖、长时地面测控可见时间、海外建站数量少和成本相对较低等优势,可为我国未来地月空间信息网络建设提供参考。

空间信息网络协议体系分析

随着我国航天活动和空间探索工程的逐步开展,已有的空间信息传输方式已不适用于未来复杂空间操作,我国建立空间信息网络对国防和军队信息化建设意义重大。文中介绍目前国际上研究和应用的四种空间信息网络协议体系:基于CCSDS的协议体系、基于TCP/IP的协议体系、将CCSDS与TCP/IP结合的协议体系、基于容延迟/中断网络的协议体系。介绍这些协议体系架构、协议组成和功能,并进行分析和比较,总结出这些协议体系用于空间信息传输的优势和待解决的问题。

空间信息网络多层路由算法研究

在对数学模型研究的基础上,建立了单层和多层网络的数学模型,提出了一种适合多层空间信息网络应用的优化受限的层次路由算法。分析和仿真结果表明该算法具有较小的时延,降低了路径的切换概率,能够有效地提高空间信息网络的路由性能。

空间信息网络中的星座设计方法研究

提出了一种"骨干网+增强网"的混合星座设计方法,即以GEO卫星节点构成骨干网,以IGSO、HEO、MEO或LEO卫星等其他轨道卫星节点作为增强网,实现全球覆盖。并设计一种了"4GEO+5IGSO"混合星座,对其覆盖性能进行了详细分析。仿真结果表明,所提出的方法采用较少数量的卫星即可满足全球无缝覆盖并可仅依靠中国信关站落地。

空间信息网络任务智能识别方法

随着星间链路技术的不断发展和星上处理技术的日益成熟,空间信息网络传输的任务类型不断增加并呈现多样化的趋势,这对空间信息网络的多业务协同传输、网络资源全局调度等能力提出了新的挑战。然而,传统的空间信息网络资源调度大多以单一业务为驱动,忽略了任务与业务之间一对多的关系,导致某些低优先级任务抢占高优先级任务的网络资源,致使由多业务构成的空间信息网络任务的服务质量较低。此外,空间信息网络传输环境具有拓扑高动态变化、节点资源有限等特点,将传统的业务识别方法直接迁移到任务识别中存在任务识别效率低和开销大的缺陷。鉴于此,文中设计了部署于空间信息网络边缘的任务服务支持站,该支持站由识别标记模块、路由控制模块和数据通信模块组成,用以完成对任务类型的识别,以及基于任务服务质量需求的路由选择和数据传输。文中通过对流自身特征项的降维处理和基于高斯核函数的特征空间映射,设计了基于支持向量机的业务识别算法,进一步地,在引入网络传输环境相关特征项的基础上,将业务类型、业务数量和环境特征项相结合,设计了基于梯度下降法的任务识别算法。仿真结果表明,设计的任务识别算法具有很好的识别精准率和召回率,且消耗较短的识别时间和较少的识别开销,对空间信息网络任务流量识别的平均准确率达到95%以上,提高了1%以上,相比未经过特征降维的平均训练时间缩短了15%以上。

基于SDN的异构空间信息网络传输策略

在空间信息网络大时空尺度和节点稀疏特性的环境下,传统网络的异构性会降低网络传输效率,星间通信过程易中断,无法充分利用已存在的异构节点,导致星间链路频繁切换,使得平均传输时延增大与服务质量降低。为此,以空间信息网络为背景、以软件定义网络架构为核心对Floodlight控制器模块进行改进,运用控制器实现IP包与ATM包之间相互转换的策略,提出一种基于网络有效性的路由算法。仿真结果表明,与传统空间信息网络模型架构和卫星网络架构相比,通过该算法改进后的SDHSN架构在单位时间片内网络平均传输时延降低约 3.75 %,吞吐量提升7.22 %~11.49 %。

基于SDN架构的空间信息网络路由策略设计

空间信息网络具有通信环境复杂、节点动态性强、星上处理能力有限和业务种类繁多等特点,导致传输时延大和丢包率高等问题。为此,文章提出一种基于软件定义网络(SDN)架构的空间信息网络路由策略设计。在SDN架构下,控制平面记录某一时刻整个卫星网络的链路状态,获取“源-宿”卫星节点间的路由集,并计算各类业务路由的时延、带宽和丢包率所占的权重,求三者加权和作为路由代价,之后采用改进的遗传算法求得路由代价最小的解,作为业务数据流转发的路由。通过仿真与SDN架构下的数据流退让路由(DFRR)策略和基于变形虫的波纹传播(AR)策略进行对比,结果表明:文章提出的路由策略时延平均降低4.3%,丢包率平均减少14.6%,可有效地保证空间信息网络的高效运行。

空间信息网络分布式存储方案研究

随着空间组网和信息技术的发展,传统的卫星信息系统开始朝着网络化的空间信息网络演进,并具备了星上信息处理和存储的能力。为此,本文提出了一种基于空间分布式存储的空间信息系统方案。与基于地面存储的信息系统相比,通过在空间引入存储资源,该方案在信息获取时效性和空间带宽资源效率方面有明显提升。仿真结果显示,空间信息存储方案相比地面存储方案,信息的平均接收时间从424毫秒缩短到4. 4毫秒,而空间带宽资源消耗节省了将近99%。