卫星通信中机会式路由与编码感知技术研究

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卫星通信具有全球覆盖、扩展性良好、接入方便、故障率低等优点,在很多领域得到广泛的应用。然而,卫星网络拓扑动态变化,链路时延大、误码率高以及星上资源有限等特征,使得传统的地面网络路由协议不适用于卫星通信网络。因此,需要设计一种适应于卫星网络的高效可靠的路由协议。近年来,网络编码技术凭借其能大幅度改善网络性能成为了通信领域的研究热点。但一般网络编码对网络性能的提高有限,本文将网络编码与机会式路由技术有机结合,设计出基于网络编码的机会路由算法,并通过仿真验证了其有效性。针对MORE协议Stop-Wait机制导致网络中只能同时传输一段数据的问题,本文提出一种节点协作确认的网络编码机会路由协议。该协议将卫星网络中的节点划分成多个节点集,同一节点集中的节点互相利用基于零空间的反馈来协作确认接收编码向量是否满秩,且当接收编码向量满秩后,该节点集会代替上一节点集继续发送本段数据包,并通知上一节点集发送下一段数据包,使得网络中可以同时传输多个数据段。仿真实验表明相比于传统的MORE算法,具有大约8%~20%的吞吐量增益,降低了20%左右的时延,具有较大的优势。当网络中存在多条传输流时,编码感知路由协议对网络性能的提高有限。为了进一步提高卫星网络的传输性能,本文提出了一种结合流内与流间网络编码的路由协议—编码感知混合在线机会式网络编码。该协议在不同数据流间利用编码感知寻找可以进行流间网络编码的节点,并在同一个数据流内采用在线机会式网络编码。因此,该协议在通过流间网络编码减少传输次数的同时可以利用流内网络编码对抗质量较差的链路。仿真实验表明,和传统的编码感知路由算法相比,具有大约10%~20%的吞吐量增益,降低了大约15%左右的传输时延,适用于卫星网络。
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