衛(wèi)星動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延及路由特性研究.pdf

1、在當(dāng)今衛(wèi)星通信領(lǐng)域中，基于微波傳輸?shù)男l(wèi)星通信能力已經(jīng)漸漸無(wú)法滿(mǎn)足由于軍事偵察、地震預(yù)報(bào)、海洋觀(guān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)和深空探測(cè)等所產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)傳輸量。星間激光鏈路技術(shù)以激光作為星間高速、迅捷的信息通道，是空間光通信技術(shù)在衛(wèi)星通信領(lǐng)域的應(yīng)用拓展，是大容量衛(wèi)星通信領(lǐng)域的重要研究方向?；诓ㄩL(zhǎng)路由的衛(wèi)星星座光網(wǎng)絡(luò)利用波長(zhǎng)路由技術(shù)（WR），通過(guò)建立星間激光鏈路實(shí)現(xiàn)通信，可以極大地提高通信容量，滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的衛(wèi)星通信容量需求，是未來(lái)衛(wèi)星星座網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)

2、。
　　在地球低軌道（LEO）衛(wèi)星星座光網(wǎng)絡(luò)中，由于受衛(wèi)星承載能力及衛(wèi)星平臺(tái)功耗限制，單顆衛(wèi)星承載激光通信終端的能力有限，網(wǎng)絡(luò)通信流量受到嚴(yán)格約束，當(dāng)連接請(qǐng)求過(guò)多時(shí)會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中形成時(shí)延和阻塞。因此低軌衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)需要有效的流量強(qiáng)度控制和高效的路由選擇和波長(zhǎng)分配（RWA）方法來(lái)提高通信資源的使用效率，減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和阻塞概率。此外，衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)多跳鏈路中的多普勒效應(yīng)會(huì)在路由中累積并對(duì)激光信號(hào)產(chǎn)生干擾，需要分析多普勒效應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信性能產(chǎn)生的影

3、響。
　　為了提高衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)通信資源的使用效率，減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和阻塞，提高多跳鏈路的通信性能，本文進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的研究工作。
　　1）建立了以星間激光鏈路個(gè)數(shù)為依據(jù)的網(wǎng)絡(luò)容量模型。該模型充分考慮了網(wǎng)絡(luò)鏈路個(gè)數(shù)與可用通信波長(zhǎng)及網(wǎng)絡(luò)流量強(qiáng)度之間的內(nèi)在關(guān)系，與衛(wèi)星光組網(wǎng)的特點(diǎn)緊密結(jié)合。
　　在此基礎(chǔ)上建立了低軌衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)時(shí)延容忍特性分析模型，對(duì)衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真和分析，得到了衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)在等待制，損失制，混合制（等待

4、損失混合制）三種情況下網(wǎng)絡(luò)流量強(qiáng)度變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)排隊(duì)延遲和阻塞性能的影響，解決了衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)流量強(qiáng)度控制問(wèn)題。
　　2）建立了衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)損失制下阻塞概率的計(jì)算方法，該方法與現(xiàn)有方法不同，不僅考慮了網(wǎng)絡(luò)整體的阻塞性能，同時(shí)考慮了相鄰鏈路之間的相關(guān)性。該方法還利用溢出流理論和分層網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方式，使阻塞概率計(jì)算問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。
　　3）提出了基于全網(wǎng)鏈路使用信息的I T-RWA算法，用以降低衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)阻塞概率和波長(zhǎng)沖突。該方法可以使全網(wǎng)鏈

5、路使用信息傳遞到每個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，從而提高單個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)RWA計(jì)算的有效性，降低網(wǎng)絡(luò)阻塞概率。
　　通過(guò)模擬衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)得到的仿真結(jié)果表明，IT-RWA算法相比靜態(tài)RWA方法或者波長(zhǎng)預(yù)留RWA方法能夠降低網(wǎng)絡(luò)阻塞概率5％至20%，且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在星間鏈路失效時(shí)，IT-RWA算法阻塞概率增量小于其他算法25%至60%。
　　4）建立了多跳鏈路下接收信號(hào)多普勒波長(zhǎng)漂移理論模型，分析了衛(wèi)星全光組網(wǎng)的條件下，星間激光鏈路通信中的多普勒

6、波長(zhǎng)漂移問(wèn)題。仿真驗(yàn)證結(jié)果表明，該模型是正確的。運(yùn)用該模型分析了不同路由選擇的多普勒波長(zhǎng)漂移影響、多普勒波長(zhǎng)漂移對(duì)接收信號(hào)信噪比的影響；給出了不同路由選擇產(chǎn)生的多普勒波長(zhǎng)漂移影響，多跳鏈路中跳數(shù)增加時(shí)，多普勒波長(zhǎng)漂移將使信號(hào)呈衰減趨勢(shì)。
　　本文研究工作為低軌衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)的通信容量規(guī)劃提供了初步的理論基礎(chǔ)和分析依據(jù)，為衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)中路由計(jì)算提出了高效可行的方案，推進(jìn)了低軌衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)研究的發(fā)展，對(duì)其他類(lèi)型光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)也具有一定的參考價(jià)值。