本文關鍵詞：面向資源優(yōu)化配置的集群航天器網(wǎng)絡拓撲管理研究

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【摘要】：集群航天器是一個極具創(chuàng)新性和革命性的新概念空間分布式系統(tǒng),各個功能單一的模塊航天器通過星間無線通信鏈路相互連接,構成一個空間自組織網(wǎng)絡,相當于一顆功能完整的大衛(wèi)星,執(zhí)行探測、通信等復雜的空間任務。網(wǎng)絡技術是集群航天器系統(tǒng)最關鍵的技術之一,本文的集群航天器系統(tǒng)是以Cubesat為代表的超小型衛(wèi)星進行組網(wǎng),Cubesat多為2U或3U的標準結構,太陽帆的電池陣面積有限,集群航天器的能量消耗受到限制。因此,對于集群航天器網(wǎng)絡而言,急需解決的就是能量受限的問題:在能量有限的條件下,構建一個高效、穩(wěn)定、可靠的集群航天器的空間自組織通信網(wǎng)絡,實現(xiàn)對其網(wǎng)絡拓撲的自主管理與動態(tài)優(yōu)化,有效均衡和降低網(wǎng)絡能耗,延長集群航天器網(wǎng)絡在軌工作時間。衛(wèi)星的在軌高速運動期間、星間鏈路的頻繁切換和成員衛(wèi)星節(jié)點的加入和退出,充分體現(xiàn)了集群航天器網(wǎng)絡拓撲具有很高的動態(tài)性和周期性。本文建立了以主衛(wèi)星節(jié)點和從衛(wèi)星節(jié)點為主體的一體化通信網(wǎng)絡體系結構,從星間相對運動、星間鏈路的建立條件和節(jié)點能耗模型三個方面對集群航天器網(wǎng)絡結構特征進行了詳細分析。結合圖論相關理論建立了集群航天器網(wǎng)絡模型。結合Ad hoc網(wǎng)絡技術,從網(wǎng)絡能耗均衡的角度出發(fā),提出星簇網(wǎng)絡管理思想。分析經(jīng)典的LEACH分簇算法并進行優(yōu)化,在改進的算法N-LEACH中,根據(jù)節(jié)點能耗情況設定主衛(wèi)星節(jié)點選擇機制。這種動態(tài)更換主衛(wèi)星節(jié)點的網(wǎng)絡拓撲更新策略,避免了主衛(wèi)星節(jié)點能耗過高而過早失效,有效實現(xiàn)了網(wǎng)絡能耗的均衡性。在網(wǎng)絡最短傳輸路徑能耗最低的研究背景下,分析目前最具有代表性的三種最短路徑算法,Floyd-warshall算法,Dijkstra算法和Bellman-Ford算法。研究網(wǎng)絡拓撲的多跳路徑傳輸和單跳路徑傳輸?shù)膬煞N數(shù)據(jù)傳輸方式,應用經(jīng)典的最短路徑算法Dijkstra,仿真結果證明,在降低網(wǎng)絡能耗方面,多跳路徑傳輸優(yōu)于單跳路徑傳輸方式,然后分析路徑跳數(shù)對網(wǎng)絡能耗的影響并確定最優(yōu)跳數(shù)opth�；诩汉教炱骶W(wǎng)絡的動態(tài)特性,確定星間鏈路發(fā)生切換的所有時刻,將網(wǎng)絡運性周期T劃分為n個時隙,每個時刻t都對應著一個靜態(tài)的網(wǎng)絡拓撲,則相應的動態(tài)網(wǎng)絡拓撲等效為按照時間展開的一系列靜態(tài)網(wǎng)絡拓撲快照集合。以降低算法的復雜度為目的,結合衛(wèi)星節(jié)點的鄰居集合理論,優(yōu)化Dijkstra算法。結果充分說明根據(jù)星間鏈路切換時刻劃分時隙的方法能夠有效改善網(wǎng)絡通信質量和通信實時性。
【關鍵詞】：集群航天器 網(wǎng)絡拓撲 能耗 最短路徑 時隙
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V57;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 研究背景及意義10-12
• 1.2 集群航天器網(wǎng)絡拓撲概念12-13
• 1.3 集群航天器網(wǎng)絡研究概況13-19
• 1.3.1 集群航天器網(wǎng)絡13-15
• 1.3.2 動態(tài)網(wǎng)絡建模方法研究15-16
• 1.3.3 網(wǎng)絡能量均衡技術16-17
• 1.3.4 最短路徑理論與應用研究17-19
• 1.4 主要研究內(nèi)容及論文結構安排19-21
• 第2章 集群航天器網(wǎng)絡特性分析與建模21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 集群航天器網(wǎng)絡特征21-28
• 2.2.1 集群航天器網(wǎng)絡結構21-23
• 2.2.2 集群航天器相對運動模型23-25
• 2.2.3 星間鏈路25-27
• 2.2.4 能耗模型27-28
• 2.3 集群航天器網(wǎng)絡拓撲建模28-31
• 2.3.1 圖論的基本概念28-29
• 2.3.2 集群航天器網(wǎng)絡拓撲模型29-31
• 2.4 本章小結31-32
• 第3章 集群航天器網(wǎng)絡能量均衡技術32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 集群航天器網(wǎng)絡能量均衡性分析32-34
• 3.3 LEACH算法的分析34-37
• 3.3.1 LEACH算法描述34-35
• 3.3.2 LEACH算法原理35-37
• 3.4 LEACH算法的改進37-39
• 3.4.1 基于能量限制的閾值設定37
• 3.4.2 最優(yōu)簇首節(jié)點數(shù)37-39
• 3.5 仿真分析39-41
• 3.6 本章小結41-43
• 第4章 集群航天器網(wǎng)絡拓撲多跳傳輸路徑43-55
• 4.1 引言43
• 4.2 網(wǎng)絡拓撲最短路徑算法分析43-46
• 4.3 集群航天器網(wǎng)絡的多跳路徑傳輸策略46-51
• 4.3.1 單跳傳輸路徑網(wǎng)絡能耗分析47-50
• 4.3.2 多跳傳輸路徑網(wǎng)絡能耗分析50-51
• 4.4 仿真分析51-54
• 4.5 本章小結54-55
• 第5章 集群航天器網(wǎng)絡拓撲的最短路徑算法55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 集群航天器動態(tài)網(wǎng)絡拓撲55-58
• 5.2.1 集群航天器動態(tài)網(wǎng)絡拓撲描述56-57
• 5.2.2 數(shù)學模型57-58
• 5.3 基于動態(tài)網(wǎng)絡的N-Dijkstra算法58-62
• 5.3.1 網(wǎng)絡拓撲時隙的劃分58-60
• 5.3.2 Dijkstra算法的優(yōu)化60-62
• 5.3.3 N-Dijkstra算法設計思想62
• 5.4 仿真分析62-66
• 5.5 本章小結66-67
• 結論67-69
• 參考文獻69-74
• 致謝74

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李素葉;陳曙;;基于最優(yōu)簇首分布的傳感器網(wǎng)絡跨層設計[J];計算機工程與應用;2010年11期

2 林來興;;立方體星的技術發(fā)展和應用前景[J];航天器工程;2013年03期

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本文編號：625878