低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法的設(shè)計與仿真.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，單一功能的信息系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們對于多種類型信息的需求?，F(xiàn)階段的各類信息系統(tǒng)是在相對獨立的條件下建立起來的，具有不同的網(wǎng)絡(luò)、體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)和功能，實現(xiàn)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的信息交互具有一定的困難?？仗斓匾惑w化信息網(wǎng)絡(luò)綜合了地面、航空和航天各個系統(tǒng)資源，構(gòu)成的一體化信息網(wǎng)絡(luò)能夠為具有不同需要的用戶提供全方位的通信、廣播、定位、導(dǎo)航等各類信息服務(wù)，是未來信息融合的手段之一。做為天基網(wǎng)絡(luò)一部分的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在傳輸實時和非

2、實時業(yè)務(wù)提供QoS保障方面具有高軌和中軌衛(wèi)星具有不可比擬的優(yōu)勢。由于低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)目較多，而且存在相對運動，路由算法是低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)重要研究內(nèi)容之一。本文重點研究了基于IP的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)空間段路由算法，在算法的設(shè)計過程中涉及到如下幾個問題：
　　第一，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)一些動態(tài)QoS指標(biāo)優(yōu)化的問題。由于低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是全球性網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)分布不均衡，并且由于星地之間的切換使得單條鏈路上的數(shù)據(jù)流量變化劇烈。目前一些以固定QoS指標(biāo)（例

3、如最小星上跳數(shù)，最小傳播延時）做為優(yōu)化目標(biāo)的路由算法不能夠很好的適應(yīng)低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)動態(tài)特性。本文提出了基于蟻群優(yōu)化的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法，專門考慮到低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特性（不只是拓撲結(jié)構(gòu)，還包括鏈路剩余帶寬，路徑延遲等），提出了切換通告策略，隨機路徑搜索策略等。這些策略使得改進后的路由算法能夠相對快速的收集網(wǎng)絡(luò)中快速變化的狀態(tài)信息。
　　第二，實現(xiàn)多QoS路由過程中，對最大最小QoS的優(yōu)化問題。對于承載多種業(yè)務(wù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)來說，單一的

4、QoS指標(biāo)不能夠很好的反映業(yè)務(wù)的QoS需求，也不能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。目前多數(shù)的QoS路由只能夠優(yōu)化類似最小延時，最低成本等這類加性和乘性QoS，而對于剩余帶寬這類最大最小QoS無能為力。本文在基于蟻群優(yōu)化的路由算法之上，添加了優(yōu)化最大最小QoS指標(biāo)的能力，使得路由算法變成一種通用的能夠優(yōu)化各種類型QoS指標(biāo)的路由算法。通過對不同的QoS指標(biāo)匹配不同的權(quán)重，實現(xiàn)了DiffServ框架下的多QoS約束路由算法。仿真表明，在網(wǎng)絡(luò)中同時具備語

5、音以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的情況下，數(shù)據(jù)流能夠從網(wǎng)絡(luò)中各取所需，按照各自的最優(yōu)路徑選路，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。
　　第三，多徑路由，星地切換帶來的數(shù)據(jù)包失序問題。多徑路由能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐能力，但是多徑路由會造成TCP連接數(shù)據(jù)失序到達現(xiàn)象。此外低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的星地切換也會產(chǎn)生數(shù)據(jù)包失序現(xiàn)象。本文分別采用數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域劃分以及預(yù)切換的方法，避免了這兩種數(shù)據(jù)包失序現(xiàn)象的產(chǎn)生。從路由的層面上，實現(xiàn)了對TCP協(xié)議的支持，為TCP連接提盡力