基于编码感知的空间动态网络容量优化方法研究

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1、硕士学位论文基于编码感知的空间动态网络容量优化方法研究STUDYONCODING-AWARECAPACITYOPTIMIZATIONMETHODSFORDYNAMICSPACENETWORKS陆洋哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN927+.2学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于编码感知的空间动态网络容量优化方法研究硕士研究生：陆洋导师：刘功亮教授申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：信息与电气工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:TN927+.2U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONCODING-AWARECAPACITYOPTIMIZATIONMETHODSFORDYNAMICSPACENETWORKSCandidate：LuYangSupervisor：Prof.LiuGongliangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectronicsandCommunicationE

3、ngineeringAffiliation：SchoolofInformationandElectricalEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要空间信息网络是具有多层结构的长时延、高动态网络，同时受到频谱、轨位、功率等资源的制约，其网络传输容量受到严重影响。与传统网络节点存储转发的方式不同，网络编码技术在中继节点对经过的信息流进行数据融合，通过减少信息

4、流的传输开销来增加网络吞吐量。因此，在进行路由策略设计、带宽资源分配等工作时，需要倾向于有编码机会的节点和链路，将这种具有编码意识的网络设计方法称为编码感知技术。将编码感知思想融入空间信息网络的数据传输和处理过程，并与其他网络优化手段结合，以期在不增加网络节点数量、链路带宽和转发器功率的情况下，以可接受的编码复杂度为空间信息网络传输容量带来质的提高。本文在网络编码的技术框架下，考虑空间节点运动规律和链路特点，对空间信息网络传输容量优化方法进行了探索。着重研究了面向空间动态网络的容量分析模型和具有编码意识的空间路由选择方法。首先，

5、将图论中的网络最大流问题引入到空间动态网络中，建立了描述空间网络容量的数学模型。以MEO/GEO双层卫星网络为研究对象，在Ford-Fulkerson方法的基础上，研究了单信源多信宿有向图中网络最大流的求解方法。结合具体场景，探讨了影响空间网络传输能力的因素，仿真分析了网络容量与用户数据链路容量、地面最小通信仰角和卫星存储转发能力的关系。其次，从容量优化的角度，阐述了卫星网络中应用网络编码技术的必要性和可行性。当网络节点采用随机网络编码和高斯消元译码时，仿真结果表明，网络传输容量得到有效提高，为编码感知技术在空间信息网络中的应用

6、提供了理论支撑。最后，针对空间信息传输特点，结合编码感知技术和图论中的最小费用最大流相关算法，提出了一种基于编码感知的空间动态网络路由方法NC-MCF。在此基础上，采用自适应带宽分配策略，提升了资源利用率，进一步优化网络传输容量。此外，研究了网络容量关键指标随时间和轨道高度的变化情况。通过与图论中最短路、最大流路由选择方法进行比较，仿真结果表明，NC-MCF路由方法在数据传输效率、带宽利用率等方面优势明显。关键词：空间信息网络；网络编码；传输容量；图论；路由方法-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractSpaceinf

7、ormationnetworkshaveamulti-layerstructurewithlongtimedelayandahighlydynamictopology,butthetransmissioncapacityishighlyrestrictedbythelimitedspaceresourcessuchasfrequencyspectrum,orbitalpositionandsatellitepower.Differentfromthetraditionalstore-and-forwardtransmitting

8、method,thenetworkcodingtheorycanreducetransmissioncostsandincreasenetworkthroughputbycombiningthepacketsreceivedatrelaynodes.Theref