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题目:基于网络编码的导航卫星网络流量优化方法研究

关键词:全球卫星导航系统;导航卫星星座网络;网络编码;协议设计;网络仿真

  摘要


北斗卫星系统将建设成为一个通信导航一体化的高性能空间系统。近年来,网络编码在网络性能提升方面的研究取得了令人满意的进展,探索网络编码在北斗中的应用具有重要的理论与工程意义。本文着眼于多单播线性网络编码(Multiple-unicast Linear Network Coding, MLNC)应用于北斗MEO星座面临的一系列问题,重点工作在于仿真系统的设计。

首先,介绍了线性网络编码,在此基础上引出MLNC。从图论的角度出发,将MLNC可行的条件转化为路径选取问题,给出MLNC可行的充分条件;利用STK软件分析北斗MEO星座星间可见性和星间链路时延,结合上述充分条件,设计了适用于MLNC的MEO星座模型。

其次,分析卫星通信网络协议栈,通过在IP层和网络接口层中添加网络编码层,实现基于UDP、兼容IP包的导航卫星MLNC协议,包括编码阶段与非编码阶段的相互切换、编码操作、解码操作以及各种数据包在协议层之间的相互交付。针对现有主流网络仿真器无法支持网络编码功能的问题,以NS2为仿真器原型,通过剖析、修改、扩展NS2架构,创新性的提出基于NS2、网络编码扩展的卫星模块,并将导航卫星MLNC协议在扩展的卫星模块上实现。

最后,论文对上述工作进行了仿真分析。首先是对扩展仿真器功能以及星座模型中MLNC可行性的验证;其次,将本文提出的MLNC协议与基于Dijkstra的路由策略进行比较,结果表明,本文提出的多单播网络编码协议提升了约85%的吞吐量,并且缓解了网络拥塞、降低了网络端到端平均延时。