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空间信息网络星上交换调度机制和无线带宽分配机制研究

作　者: 薛腾
导　师: 吴纯青
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 空间信息网络星上交换 ATM Crossbar 无线带宽分配交换机制调度算法
分类号: TN927.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着卫星通信在军事和民用方面应用的不断深入以及卫星通信技术与计算机技术的不断融合,空天地一体化的空间信息网络得到了各国和地区的重视,卫星设备作为其中的核心实体经历了从“透明弯管式”到具有星上处理和星上交换技术两个重要阶段。星上设备受宇航级器件有效载荷、功耗、体积等因素的限制,存储容量有限且难以扩展,构建大容量的高速交换模块存在很大难度,在星上交换体制、交换网络、调度算法的性能和无线资源管理方面均存在许多的技术难点。本文基于ATM交换体制,选择内部无阻塞的Crossbar交换结构,针对此结构提出适合星上交换的串行轮询调度算法En-ISP,该算法在兼顾每个端口公平性的基础上串行轮询各个输入端口,优先仲裁收到请求少的输出端口,按照RoundRobin方式选择目的输出端口,每次成功匹配后更新轮询指针,增加了输入输出端口匹配的概率,并通过OPNET软件仿真与两种同类算法ISP和iSLIP在平均时延、带宽利用率和传输误码率方面进行比较,该算法具有更低的时延和传输误码率以及更高的带宽利用率且不增加复杂度。在研究星上无线资源管理特点的基础上,针对军事应用的战场指挥网络中通信终端可控、网络节点动态有效、安全等级高等特殊需求,提出了适合战场指挥网络的星上无线带宽自适应算法,该算法按照优先级为各通信节点预先分配带宽,无线资源管理器通过信号侦听判断节点的动态有效性,收回失效节点带宽并重新分配给新加入节点,通过软件对不同业务类型带宽分配成功概率进行仿真分析,鉴于实际战场指挥网络中实时业务占总业务比例较大,算法适用于该网络的星上无线带宽分配,在此基础上设计了星载ATM交换机原型系统。最后对全文的工作进行了总结和下一步的研究工作进行了展望。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-20
  1.1 课题背景  11-18
    1.1.1 空间信息网络  11-16
    1.1.2 空间信息网络星上交换技术  16-17
    1.1.3 空间环境对星上交换的影响  17-18
  1.2 课题的主要工作  18
    1.2.1 研究问题  18
    1.2.2 研究内容及贡献  18
  1.3 论文组织结构  18-19
  1.4 小结  19-20
第二章相关研究工作  20-35
  2.1 空间信息网络与星上交换  20-24
    2.1.1 天基综合信息网与空间信息网络  20-22
    2.1.2 星上处理和星上交换  22-24
  2.2 基于星上处理的无线资源管理  24-26
    2.2.1 星上交换的无线资源  25
    2.2.2 基于星上处理的无线带宽分配  25-26
  2.3 星上交换相关技术  26-34
    2.3.1 地面网络交换技术  26-29
    2.3.2 星上交换技术相关研究  29-34
  2.4 小结  34-35
第三章星上交换调度算法En-ISP  35-52
  3.1 星上交换系统调度算法  36-42
    3.1.1 交换网络调度问题  37-39
    3.1.2 交换系统中交换结构调度算法比较与研究  39-42
  3.2 一种适合星载交换机的En-ISP算法  42-51
    3.2.1 串行轮询调度算法En-ISP  43-46
    3.2.2 En-ISP算法的性能分析  46-51
  3.3 小结  51-52
第四章星上无线带宽自适应算法  52-63
  4.1 卫星无线带宽分配  52
  4.2 星上交换带宽分配相关研究  52-54
  4.3 星上无线带宽自适应算法  54-61
  4.4 小结  61-63
第五章星载交换机原型系统设计  63-71
  5.1 整体结构  63-65
  5.2 星载交换机功能模块设计  65-69
  5.3 星上处理和星上交换工作流程  69-70
  5.4 小结  70-71
第六章结束语  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
作者在学期间取得的学术成果  78

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