COMPASS卫星网络基于DT-DVTR的路由算法研究

COMPASS卫星网络采用时分的通信体制,其星间链路的两大功能分别为星间精密测量与星间数据分发及境外卫星控制管理。由于受建站范围的限制,国内的注入站对境外卫星不可见时间长达7小时。为了解决这一问题,文中参考了DT-DVTR路由算法,并针对COMPASS星座构型进行改进,提出了适用于COMPASS卫星网络的路由算法。最后,利用真实卫星抽象的仿真模型对该算法进行了验证,仿真结果表明,该算法满足COMPASS卫星网络的测量与数传需求。

卫星网络混合负载均衡策略下的多径流量分配算法

为均衡卫星网络流量分配,满足用户QoS需求,提出一种全局和局部结合的混合负载均衡策略下的多径流量分配算法(HLB-MTD)。根据QoS业务需求进行部分路径筛选,基于表的散列算法进行流量的初次分配;在初次分配的基础上针对突发拥塞进行局部调整,建立重映射目标函数,通过改进交叉和变异概率的遗传算法求出最优解;求得局部优化的,流到路径的映射策略。仿真结果表明,该算法可有效缓解卫星网络拥塞,实现流量均衡分配,在丢包率、平均排队时延、等指标上有更好的提升。

面向ET-DQN的卫星网络任务部署算法研究

卫星边缘计算服务已经成为网络的重要组成部分,特别在地面网络稀疏环境下,可显著的提高用户的服务质量.但卫星网络的资源有限性为边缘计算任务的部署带来了巨大困难.因此,本文针对部署位置和计算资源分配不合理而导致任务处理时延过长、卫星能耗过大的问题,在SDN(Software Defined Network)的卫星-地面联合部署网络架构(SDN-Space-Ground Integrated Network,SSGIN)的系统模型下.提出了ET-DQN(Experience Tournament-DQN)的任务部署算法,该算法通过引入经验竞选机制提高经验池利用率和网络训练的效率,解决了经验池利用率低,而造成的网络过估计、难收敛的问题.仿真结果表明,该方法能够有效降低任务的响应时延以及能耗,很好地改善了传统DQN算法收敛速度慢和样本的利用率低下的问题.

面向大规模低地球轨道卫星网络的星间链路连接策略

针对大规模低地球轨道(LEO)卫星网络,提出了2类新型星间链路(ISL)连接策略:Grid-V和Grid+,并对传统的Grid连接策略进行改进。所提策略充分利用了次邻轨和跨邻轨星间链路,Grid-V连接策略舍弃了Grid连接策略的轨内链路,利用次邻轨和跨邻轨的星间链路形成网络拓扑;Grid+连接策略在保留Grid连接策略中的星间链路基础上,允许卫星与同轨道或者次邻轨道卫星建立跨星连接。针对Walker-Delta星座构型的大规模LEO卫星网络,设计了基于所提星间链路连接策略的最短距离路由算法,并分别从几何拓扑和数据包层面对路由进行了系统级仿真,以评估各连接策略的性能。仿真结果表明,在几何拓扑层面,所提策略可以有效减少平均路由跳数与路径切换次数;在数据包层面,所提策略在往返时延及抖动、路径占用率、平均吞吐量等方面具有更好的性能。

基于内容流行度的卫星网络缓存策略研究

针对传统卫星网络缓存策略中只考虑全局内容流行度未考虑到不同区域流行内容差异较大,从而无法准确找到高流行度内容进行放置导致用户获取时延较大的问题,提出了一种基于全局流行度预测与局部流行度计算的混合卫星网络缓存策略。策略使用LSTM模型对全局内容流行度进行预测,并且对局部内容流行度进行计算,同时将卫星缓存节点分区,定义缓存节点分区比例因子,分别缓存全局和局部流行内容,以最小化用户内容平均获取时延为优化目标,采用BPSO求解缓存放置问题。仿真结果表明,与传统的随机缓存放置及最流行缓存放置相比,所提出的策略能够降低用户内容获取时延,提高缓存命中率。

基于SDN的卫星网络端到端QoS类映射研究

针对在多个卫星网络域环境下域间协作困难,以及如何在各个卫星网络域内选择合适的QoS类实现端到端QoS类映射的问题,基于软件定义卫星网络架构,首先,提出一种SDN卫星网络域间通信方案,以及面向多QoS类的端到端服务交付数据包处理方法。其次,提出一种基于多准则决策的控制模块。模块利用ELECTRE方法,在ELECTRE方法中通过综合权重法计算出各个卫星网络域内QoS指标相应的权重系数,并且利用ELECTRE方法对每个QoS类的净支配指数进行排序,从而为端到端路径的每个卫星网络域选择合适的QoS类。最后,与现有端到端QoS类映射方案进行比较,仿真结果表明,上述方法在多卫星网络域环境下保证端到端的时延、时延抖动、丢包率和代价。

M-DRL的低轨道卫星网络计算卸载和任务迁移

针对无人机网络高时延、低性能、有限带宽、难以解决复杂计算任务问题,提出了一种将低地球轨道卫星和移动边缘计算技术结合形成的MEC辅助LEO卫星网络计算卸载和任务迁移方法。首先通过建立本地计算模型、卸载模型和迁移模型,确定目标优化成本函数。然后为降低模型复杂度,引入多智能体深度强化学习模型,利用多智能体双延迟深度确定性策略梯度(MATD3)算法求解优化问题,降低系统总时延。仿真结果表明,与本地计算及随机迁移算法相比,MATD3算法的任务处理时延分别降低94.55%和83.02%,证明了MATD3算法在计算卸载和任务迁移方面的有效性和可靠性。

低轨卫星网络服务质量保障路由方法综述

随着无线电和卫星小型化技术的进一步成熟,大规模低轨卫星网络得到了长足发展,面对网络传输业务的时延、带宽、丢包率等服务质量的差异化需求,如何在低轨卫星网络中实现服务质量保障路由,成为了研究关注的关键问题。通过介绍低轨卫星网络服务质量保障路由的场景与需求,总结并分析了当前的研究成果。首先,针对传统网络中的服务质量保障路由算法,总结了三类经典的路由计算方法。然后,对于软件定义网络和确定性网络中的服务质量保障路由算法,结合各自的网络特点,分析总结了各自场景下的路由算法。

面向6G通信的多层低轨卫星网络路由算法

在面向6G的移动通信网络中,低轨卫星网络(LEO,Low Earth Orbit)运行高度低、时延小,可大范围部署实现全球广域低时延通信。当前低轨卫星星座正朝着多层轨道面发展,多层轨道的跨层链路增加了数据传输路径,但跨层轨间链路的频繁通断,增大了多层LEO网络层间路由选择的难度。为此提出了一种面向6G移动通信的多层LEO卫星网络路由算法。首先建立跨层链路,面向端到端传输时延和可靠性需求,分析影响跨层轨间链路频繁通断的因素,基于LEO卫星网络虚拟位置思想,选择卫星节点对建立可靠跨层链路;然后实现路由选择,基于所建立的跨层星间链路,采用时空演化图模型刻画动态网络拓扑,设计最短路径算法计算最佳传输路径。最后,构建三层卫星网络场景对所提算法进行仿真验证。结果表明,相对于现有方法,所提算法在端到端时延和可靠性均有明显提升。

基于格的卫星网络轻量化后量子接入认证方案

针对卫星网络的接入认证方案存在量子计算攻击,认证开销大和交互时间长的问题,提出了一种基于格的卫星网络轻量化后量子接入认证方案。在注册阶段,基于近似最短向量问题(SVP)的格密码哈希函数对用户身份进行保密,降低该阶段的计算时间并完成身份注册;在认证阶段,基于盆景树算法设计低维模乘模加的双向认证算法,将其算法复杂度从平方级降至线性级,进一步减少认证过程中的通信开销和卫星上的计算开销。理论证明,所提方案能够抵御量子计算攻击,性能分析表明,与格密码认证方案相比,所提方案至少减少150%的认证时间。

大规模卫星网络的立体可重构资源管控架构与方法

大规模卫星网络(Mega Satellite Networks,MSNs)是由位于不同轨道高度、不同功能的卫星组成的多层卫星网络,可突破现有地面网络的覆盖限制,实现未来6G无缝覆盖的高质量服务需求。然而,MSNs中各类卫星高动态移动,致使网络资源异构且拓扑大时空尺度持续变化,对海量资源自主管控和保障多样化业务需求的实时响应提出了严峻的挑战。针对该挑战,设计了面向MSNs的立体可重构资源管控架构,通过在空间部署不同功能等级的卫星管控节点实现对MSNs异构资源的层次化管理,并提出基于深度强化学习(Deep Reinforcement Learning,DRL)的多维资源调度策略对多元业务需求动态重构不同管控节点的资源,以提高资源利用率和保障服务质量。仿真结果验证了基于所提架构的资源管控方法相较于传统启发式算法,可提升11.64%的资源利用率和46.4%的任务完成率。

链路及节点多属性融合的低轨卫星网络路由算法

针对低轨卫星网络面对破坏性事件系统性能损失多、通信延迟和丢包率高的问题,提出了基于多属性的低轨卫星网络多路径路由算法。在采用虚拟拓扑方案仿真的低轨卫星星座中,计算源节点与目标节点之间的多条可行路径,该算法融合卫星间链路属性和相邻卫星节点属性构建路径的传输成本模型,自适应调整两类属性对传输成本的影响权重,每颗卫星将路径传输成本的归一化结果作为通过该路径转发报文的概率,并独立进行分布式的路由选择。仿真结果表明,与经典的低轨卫星网络多路径路由算法相比,无论网络负载较大发生拥塞时,还是卫星遭受网络攻击或出现故障时,该算法性能下降缓慢,丢包率和平均端到端延迟更低,且具有良好的负载均衡能力,有效增强了路由的可用性。

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。

业务驱动卫星网络资源弹性调度策略综述

卫星互联网作为未来关键的通信基础设施之一,面对日益增长的通信需求和多样化的业务场景,资源调度策略的优化显得尤为关键。然而,当前卫星网络建设体制尚未充分考虑业务特性,缺乏基于业务优先级和特定条件下资源分配的智能化机制,难以在资源调度中充分感知和响应不同业务的需求。因此,针对卫星互联网中考虑业务特性下的资源调度的关键问题,展开调研和综述。首先,调研了卫星网络资源评估方法。然后,针对卫星网络资源调度策略,总结了三类调度策略。最后,总结了天地一体化网络在不同场景下的资源调度策略。

基于跳数背压策略的低轨卫星网络负载均衡路由

随着用户规模的扩大,低轨卫星网络中流量的突发性和区域通信负载的不均衡性导致其面临着愈发严重的负载均衡问题。对此,提出一种分布式基于跳数的背压路由(hops-based back-pressure routing,HBPR)协议。HBPR首先根据链路中间节点距离目的卫星的剩余跳数计算链路权重。然后,为控制可用转发路径数量,将可用传播区域限制在由源节点-目的节点构成的矩形拓扑区域,以降低传播代价。最后,采用分布式方式设计HBPR,在无需收集全网拓扑信息的条件下实现低拥塞最短链路的动态选择和流量均衡分配。通过理论分析证明了HBPR吞吐量的最优性。网络仿真结果表明,与现有路由协议相比,HBPR具有更高的网络吞吐量和更低的时延。

基于数字孪生的卫星网络移动边缘计算研究综述

随着通信技术的快速发展,卫星通信技术在当今信息通信领域扮演着至关重要的角色。卫星网络覆盖范围广,能够随时为全球用户提供低延迟服务。但卫星网络建设仍然面临卫星设计成本高、发射风险大、卫星网络的测试和维护成本昂贵等难题。随着数字孪生(Digital Twin,DT)技术的兴起,DT技术与卫星网络形成了一种完美的契合,为卫星网络运营提供了强大的数据支持和决策依据。文章综述了基于DT的卫星网络移动边缘计算的研究进展。首先介绍了地面基站通信的局限性,进而引出卫星网络的应用;其次详细阐述了卫星网络的组成结构、卫星分类及卫星边缘计算的概念;接着介绍了DT技术,并重点分析了DT卫星边缘计算平台和基于DT的卫星网络移动边缘计算算法;最后总结了当前研究中存在的问题和未来的发展方向。

低轨卫星网络接入与传输技术

针对低轨卫星网络空口传输特征,在地面5G NR体制的基础上利用智能化网络与轻量化终端间的协同,实现用户的广域无感接入与适变传输。梳理了低轨卫星网络空口传输关键技术,认为需要采用内生智能的方法辅助空口设计,从空口赋能AI和AI辅助空口两个方面构建完整闭环的研究体系,最后展望了未来低轨卫星网络的研究趋势。

基于区块链的GEO/LEO卫星网络安全认证技术研究

由于卫星网络高暴露、高时延的特点,不同系统星座组网进行遥控指令发布及遥测信息回传时,容易受到其他卫星恶意接入导致信息泄露。卫星网络安全认证成为天基测控实现过程中必须解决的技术问题。面向高轨和低轨双层卫星网络场景下的安全组网需求,提出了一种基于区块链的星间组网认证技术,该技术包括基于区块链的卫星身份认证和星间消息认证。研究设计将卫星临时身份登记上区块链,通过比对链上信息完成卫星的身份认证。为进一步增强消息传输安全性,采用椭圆曲线数字签名算法对星间消息进行签名验证。通过仿真分析,验证了所提技术能够以较小的时间开销满足卫星在组网认证阶段的多种安全需求。

意图驱动的卫星网络资源管理架构研究

低轨卫星网络的发展为实现全时无缝和全球覆盖提供了一种新颖的网络范式。在动态复杂的低轨卫星网络环境中,智能高效的资源管理策略在资源有限的情况下至关重要。因此,关注低轨卫星网络的资源管理问题,考虑将意图驱动网络与低轨卫星网络的资源管理相结合。首先,建立了一个低轨卫星网络的异构资源管理模型;其次,设计了一种基于意图驱动的资源管理框架,提高有限资源的利用率,满足多种任务的不同需求;然后,使用异构资源管理策略解决资源管理问题;最后,通过一个具体的场景来说明这个架构的应用。仿真结果表明,相比于传统资源管理架构,意图驱动的资源管理架构能够有效提升任务收益与时效性。

基于含时网络数据的卫星网络模体识别方法研究

鉴于开展卫星网络局部结构研究是理解网络性质的重要手段,考虑星间链路天线可见性约束等条件,提出了一种基于含时网络数据的卫星网络模体识别方法,建立了从TLE文件输入到子结构识别输出的模体识别流程。以GPS卫星网络的三节点三边模体识别为例,结果发现在短时段内卫星天线最大扫描范围与具有特殊结构意义的三角形M 4子图浓度呈正相关。