基于 OPNET 卫星通信网络仿真

第二章 LEO/MEO 双层卫星网络模型 .............................................................. 9
2.1 卫星网络的基本概念 ............................................................................................ 9 2.1.1 卫星网络 .................................................................................................... 9 2.1.1.1 卫星星座 ........................................................................................ 9 2.1.1.2 卫星轨道 ........................................................................................ 9 2.1.1.3 星间链路 ...................................................................................... 11 2.1.2 卫星网络与地面网络的差异 .................................................................. 13 2.2 单层卫星网络存在的问题 .................................................................................. 14 2.3 网络的分层体系结构的特点 .............................................................................. 15 2.4 LEO/MEO 双层卫星网络的特点 ........................................................................... 16 2.5 LEO/MEO 双层卫星网络的拓扑结构 ................................................................... 17 2.6 双层网络的详细设计 .......................................................................................... 18 2.6.1 LEO、MEO 轨道参数 ................................................................................. 18 2.6.2 利用 STK 产生卫星轨道数据 .................................................................. 18 2.6.3 LEO/MEO 双层卫星网络 ........................................................................... 22
Date of Thesis Defense: Jun 16, 2009
研究成果声明
本人郑重声明： 所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行 的研究工作获得的研究成果。 尽我所知， 文中除特别标注和致谢的地方外， 学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。 与我一同工 作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 特此申明。 签名： 范小凤 日期：2009 年 6 月 19 日
导师签名：高飞
北京理工大学硕士学位论文
摘要
随着航天技术和计算机网络技术的迅速发展，卫星通信系统已不局限于单颗卫星 的通信，正在逐渐向网络化方向发展。针对单层卫星网络拓扑结构持续变动、时延指 标过高、网络阻塞概率大、网络抗毁性差和由于卫星相对运动所带来的星载跟瞄系统 设计困难等问题，本文研究了由多种轨道卫星构成的 LEO/MEO 双层卫星网络。首先 用 STK 仿真得到较优的星座参数,确定卫星网络的物理架构。 卫星网络作为一个新兴的研究领域越来越受到科研人员的关注。目前，对卫星网 络路由协议的研究还处于探索阶段。由于卫星网络的特殊性，我们不能照搬地面固定 网及地面移动网的路由策略，必须研究适合星间通信的新的路由策略。因此卫星网络 路由协议是目前重要的研究课题。 LEO/MEO 双层网络能够在物理上实现网络管理和接入网的分离，便于对全网络 的管理和集中式路由的实现。但由于卫星链路切换频繁的特点，这里参考 OSPF 路由 协议，提出了一种适用于 LEO/MEO 双层卫星网络的路由协议即 OSPF_SAT，以减少 链路切换率为目标优化了路由算法。最后在 OPNET 中实现卫星网络从物理层到网络 层的仿真， 主要工作是在进程域中设计进程模块以实现网络层的协议,从而完成仿真平 台的设计。 关键词：卫星网络 LEO/MEO 双层卫星网络 路由 STK OPNET
论文答辩日期：2009 年 6 月 16 日
Satellite Network Simulation Based on OPNET
Candidate: Fan Xiaofeng Supervisor: Prof. Gao Fei University: Beijing Institute of Technology
Key words: Satellite network Double layered LEO/MEO network Routing STK OPNET
II
北京理工大学硕士学位论文
目录
第一章 绪论 ..................................................................................................... 1
1.1 研究背景及意义 .................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 .................................................................................................... 3 1.2.1 国外研究现状 ............................................................................................ 3 1.2.2 国内研究现状 ............................................................................................ 4 1.3 发展趋势 ................................................................................................................ 6 1.4 本论文内容及章节安排 ........................................................................................ 7 1.4.1 本论文主要内容 ........................................................................................ 7 1.4.2 论文章节安排 ............................................................................................ 7
密级
基于 OPNET 卫星通信网络仿真
范小凤
2009 年 6 月
分类号 UDC
论文题目：基于 OPNET 卫星通信网络仿真 论文作者：范小凤
学院名称： 指导教师： 答辩委员会主席： 申请学位级别： 学科、专业： 学位授予单位：
信息与电子学院 高 飞 教授 安建平 教授 工学硕士 信息与通信工程 北京理工大学
I
北京th the fast development of aviation technology and network, satellite communication systems are not limited to a signal satellite any more, they are now oriented to network. According to deficiencies of single layer satellite network, such as changing topology 、 long delay 、 high block probability、low robustness and constraints to positioning and tracking of ISLS caused by relative movement of satellites, the thesis concentrates on design of double layered LEO/MEO network composed of satellites in various orbits. Firstly we use STK to get the well suited parameter soft constellations o the physical structure of the satellite network is fixed. As a new research field, more and more attention has been paid to satellite network by researchers. Currently, the research on routing protocol of satellite network is still in an early stage. Since the particularity of satellite network, we can not copy the routing policy of Internet and mobile network. New routing policy is needed to fit to the satellite communication. So, satellite network protocol has been the important research topic. Double_layered LEO/MEO network can separate network manage from traffic in physical layer in order to manage total network and operate central routing. At last, aiming at the problem of the frequency link switch, we give a new routing protocol ( OSPF_SAT ) based on OSPF routing protocol. The optimized strategy routing algorithm and is applied to the model, with the result of getting less link switch ratio. Finally, we accomplish the simulation of the satellite network from physical layer to network layer in OPNET, the main work of which is to design the process model for the network layer protocols, and then the simulation system is done.