自組織衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)分發(fā)和通信路由關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著航天技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)在飛機導(dǎo)航、地面探測、視頻轉(zhuǎn)播、地震救災(zāi)、軍事與國防等方面發(fā)揮著越來越重要的作用，具有廣泛的經(jīng)濟和社會效益。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的研究包含任務(wù)分發(fā)、路由技術(shù)、控軌技術(shù)、天線設(shè)計等方面，其中任務(wù)分發(fā)和路由技術(shù)與計算機科學(xué)領(lǐng)域的研究最為相關(guān)，也受到了很多研究人員的重視。
　　與傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)相比，自組織衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點的角色劃分不同，不再以衛(wèi)星軌道高度來決定節(jié)點所承擔(dān)的任務(wù)，而是根據(jù)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳

2、輸?shù)墓δ軇澐謱⒐?jié)點分為工作衛(wèi)星、服務(wù)衛(wèi)星和通信衛(wèi)星。因此對任務(wù)分發(fā)提出了新的問題模型，原來的任務(wù)分發(fā)策略不再適用。并且由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，鏈路中斷更加頻繁，數(shù)據(jù)傳輸靈活多變，原有衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中集中式的路由計算方式難以適應(yīng)新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需要提出具備靈活性、抗毀性和重構(gòu)能力的路由技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。
　　針對以上挑戰(zhàn)，本文基于現(xiàn)有的自組織衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以對地觀測為任務(wù)目標(biāo)，研究自組織衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的任務(wù)分發(fā)和通信路由技術(shù)，主要工作及創(chuàng)新

3、點如下:
　　一、針對新的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點分工上的不同，首次將交替方向乘子法應(yīng)用在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)分發(fā)優(yōu)化問題當(dāng)中，實現(xiàn)更高效的任務(wù)分發(fā)決策。針對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)特有的優(yōu)化場景，使用無線數(shù)據(jù)傳輸公式，構(gòu)建以總能耗最小為優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用交替方向乘子法，設(shè)計優(yōu)化算法解決任務(wù)分發(fā)問題，實現(xiàn)在較短時間內(nèi)達到中等精確度優(yōu)化的要求。通過設(shè)計基于MATLAB和CVX的仿真實驗，與傳統(tǒng)的集中式求解方法對比，驗證了本文提出的算法在大規(guī)模場景中，能夠在

4、幾十次迭代后實現(xiàn)收斂和中等精確度優(yōu)化。
　　二、針對自組織衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中鏈路頻繁中斷的問題，構(gòu)建新型的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)聯(lián)系圖路由思想，使網(wǎng)絡(luò)完成更高效的數(shù)據(jù)傳輸。并根據(jù)場景需求，增加對路由計算過程的跳數(shù)限制和節(jié)點有效性判斷，以及設(shè)計相應(yīng)的異常處理機制，進一步提高網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力。使用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件建立衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，實現(xiàn)多種路由算法的對比。實驗證明本文提出的算法能夠?qū)崿F(xiàn)更有效的數(shù)據(jù)傳輸，且具有更高的吞吐量和更短