【摘 要】
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低轨卫星移动通信系统凭借其全球无缝覆盖、更低的时延以及优秀的接入控制能力等特点成为下一代通信网络中必不可少的一部分。但是,低轨卫星移动通信网络拓扑的快速变化、有
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低轨卫星移动通信系统凭借其全球无缝覆盖、更低的时延以及优秀的接入控制能力等特点成为下一代通信网络中必不可少的一部分。但是,低轨卫星移动通信网络拓扑的快速变化、有限的星上处理能力、用户分布不均匀等给网络管理和路由算法设计带来了很大挑战。本文重点研究如何在有效管理网络的基础上设计高效的路由算法,主要工作包括以下三个方面:首先,本文引入软件定义网络SDN(Software Defined Networking)的思想,提出了基于SDN的低轨卫星网络架构,将卫星网络解耦为控制平面和数据平面。其中,控制平面由主控制器和若干从控制器组成,数据平面由卫星节点组成。该架构中控制面负责管理整个卫星网络,进行路由决策并以流表形式下发给卫星;卫星节点则负责数据转发以及将链路状态信息传递给控制面。其次,本文设计了一种软件定义路由算法(Software Defined Routing Algorithm,SDRA)。该算法将路由计算模块转移到控制平面上,主控制器负责全局网络下的路由计算,而从控制器负责局部卫星网络内的路由计算。控制器将源端到目的端的路由计算抽象为基于有向图的路由寻找问题,根据星间链路的时延、拥塞等状态计算出一定的权重,可获得全局最优的路由路径。与传统的分布式路由算法及其改进型算法的对比分析表明,SDRA降低卫星队列时延近30%,减少了约10%的端到端时延以及60%的网络丢包率,提高了网络吞吐量,可灵活调整路由路径以减轻网络的拥塞程度,在业务负载均衡上表现更好。最后,本文分析了SDRA路由算法和其他分布式路由算法的开销来源,并提出了SDRA的改进方案,通过更加灵活的网络拥塞判断机制减少控制平面进行流表更新的次数,在保证网络时延和丢包率的前提下,降低网络控制开销。本文提出的新型网络架构大大降低了卫星网络的复杂度,在该架构基础上设计的软件定义路由算法性能更加优异,使得低轨卫星移动通信网络更加灵活可控,对低轨卫星移动通信系统技术研究和应用具有指导意义。
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