衛(wèi)星通信網(wǎng)路由技術(shù)及其模擬

前言

　　衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)作為獲取、融合、分發(fā)、處理空間信息或資源的主要手段和途徑，在氣象預(yù)測、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測、資源探測、導(dǎo)航定位、通信廣播、數(shù)字化城市和數(shù)字地球等方面具有的特殊功能及作用，已成為我國急需發(fā)展的一項重大戰(zhàn)略性工程?？臻g信息的獲取與應(yīng)用能力，體現(xiàn)了一個國家的科技、經(jīng)濟發(fā)展水平，可以有效提高該國的政治、經(jīng)濟、軍事地位，是標志國家綜合實力的特征之一?！　‘斍?，世界主要航天國家正在開展衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的研究。其中美國憑借其強大的經(jīng)濟實力和航天能力，在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的研究和建設(shè)方面處于領(lǐng)先地位。俄羅斯已提出建立軍民兩用的衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)——“多功能衛(wèi)星通信和遠程地球監(jiān)視系統(tǒng)”（ROSTELESAT）。歐盟準備在各國航天發(fā)展的基礎(chǔ)上，逐步建立起獨立的泛歐軍用航天系統(tǒng)。歐州航天局與意大利已開始驗證衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的研究并獲得了初步進展。自“東方紅一號”發(fā)射上天30多年以來，我國的航天技術(shù)有了長足的發(fā)展，但與美、俄等發(fā)達國家相比仍有較大差距，主要表現(xiàn)在衛(wèi)星數(shù)量較少，沒有組成衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)?！　∧壳笆澜缟现饕教靽叶荚谡{(diào)整并制定2l世紀航天發(fā)展戰(zhàn)略?？偟内厔菔牵焊鲊暮教旎顒痈幼⒅貙嵭В严乱徊桨l(fā)展目標定位于在完善衛(wèi)星系統(tǒng)種類和提高衛(wèi)星系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，發(fā)展小型衛(wèi)星并建立網(wǎng)絡(luò)化的新型綜合性衛(wèi)星通信體系。而建立網(wǎng)絡(luò)化的衛(wèi)星系統(tǒng)，首先要解決的問題就是星上路由技術(shù)。國外在衛(wèi)星網(wǎng)方面的研究比較早，陸續(xù)推出了一些具有一定商用和軍用價值的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在基于衛(wèi)星網(wǎng)的路由技術(shù)上取得了一些研究成果。國內(nèi)近年來針對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的研究總體上還處于起步階段，迄今為止，國內(nèi)還沒有實用的衛(wèi)星網(wǎng)動態(tài)路由系統(tǒng)面世。

內(nèi)容概要

　　《衛(wèi)星通信網(wǎng)路由技術(shù)及其模擬》共分三篇，第一篇是衛(wèi)星通信網(wǎng)及其路由技術(shù)，系統(tǒng)闡述了衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展歷程及其相關(guān)知識、衛(wèi)星通信網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與研究熱點、衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)的分析及其面臨的主要問題，全面分析了現(xiàn)有的衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)研究成果；第二篇介紹適用于衛(wèi)星網(wǎng)的模擬工具，包括NS簡介與安裝、NS腳本語言、NS的離散事件機制和分裂對象機制、衛(wèi)星節(jié)點的模擬、衛(wèi)星鏈路的模擬、定時器和分組頭、跟蹤文件支持以及常用的分析與調(diào)試工具；第三篇是衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)模擬，詳細介紹了DRA路由技術(shù)、SGRP路由技術(shù)、SDRA-MA路由技術(shù)在NS中的模擬實現(xiàn)?！　　缎l(wèi)星通信網(wǎng)路由技術(shù)及其模擬》概念清晰、選材新穎、內(nèi)容豐富、體系完整、實用性強，既可作為高等院校相關(guān)專業(yè)大學高年級學生、碩士及博士研究生的參考用書，對從事衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)研究的科技人員也有重要的參考價值。

作者簡介

　　王汝傳，本書作者長期從事通信和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究工作，在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)理論和應(yīng)用方面具有深厚的研究基礎(chǔ)和豐富的技術(shù)積累?！　〉谝蛔髡咄跞陚鳛槟暇┼]電大學計算機學院教授、博士生導(dǎo)師，享受政府特殊津貼，完成和正在從事相關(guān)的國家“863”、國家自然科學基金和省部級等各類項目30多項?，F(xiàn)任全國計算機繼續(xù)教育委員會副理事長，江蘇省信息安全專委會主任、江蘇省計算機與通信專委會副主任等。由于工作突出，被評為國家“863”計劃先進工作者、江蘇省勞動模范、江蘇省優(yōu)秀研究生導(dǎo)師等。

書籍目錄

第一篇 衛(wèi)星通信網(wǎng)及其路由技術(shù)第1章 衛(wèi)星通信技術(shù)21.1 衛(wèi)星通信的定義21.2 衛(wèi)星通信的發(fā)展歷程31.3 衛(wèi)星通信的基本知識51.3.1 衛(wèi)星通信使用的頻段51.3.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類71.3.3 衛(wèi)星通信的特點81.4 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及工作過程91.4.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成91.4.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作過程101.5 衛(wèi)星運動的軌道121.5.1 衛(wèi)星運動的基本規(guī)律121.5.2 衛(wèi)星軌道的分類131.5.3 衛(wèi)星的攝動141.5.4 軌道形狀和衛(wèi)星速度的關(guān)系151.6 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用191.7 本章 小結(jié)22第2章 衛(wèi)星通信網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與研究熱點232.1 衛(wèi)星通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)232.1.1 單層衛(wèi)星網(wǎng)232.1.2 多層衛(wèi)星網(wǎng)282.2 基于衛(wèi)星的通信302.2.1 固定用戶之間的通信302.2.2 固定用戶與移動用戶之間的通信302.2.3 移動用戶之間的通信312.3 幾種商用的衛(wèi)星網(wǎng)介紹312.3.1 Iridium312.3.2 Globalstar322.4 衛(wèi)星通信網(wǎng)研究熱點332.4.1 組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計332.4.2 路由問題342.4.3 傳輸控制問題352.4.4 安全問題362.4.5 星載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備382.4.6 與其他網(wǎng)絡(luò)的集成402.5 本章 小結(jié)41第3章 衛(wèi)星通信網(wǎng)路由技術(shù)423.1 衛(wèi)星網(wǎng)星座設(shè)計技術(shù)423.1.1 衛(wèi)星軌道423.1.2 衛(wèi)星星座463.2 衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)483.2.1 上/下行鏈路路由493.2.2 邊界路由493.2.3 空間段路由503.3 衛(wèi)星網(wǎng)路由面臨的問題503.4 衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)分類533.4.1 單層衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)533.4.2 多層衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)553.5 本章 小結(jié)58第4章 單層衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)594.1 基于虛擬拓撲的路由算法594.1.1 DT-DVTR算法594.1.2 FSA算法604.1.3 基于快照序列的路由614.1.4 CEMR路由算法614.1.5 ELB路由算法654.1.6 PAR路由算法684.2 基于覆蓋域劃分的路由算法724.2.1 覆蓋域切換重路由協(xié)議（FHRP）724.2.2 概率路由協(xié)議（PRP）734.2.3 分布式地理路由算法（DGRA）744.2.4 基于IP的衛(wèi)星網(wǎng)路由框架（SIPR）794.3 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的路由算法844.3.1 Darting算法844.3.2 LAOR路由算法844.4 基于虛擬節(jié)點的路由算法924.4.1 LZDR路由算法924.4.2 DRA路由算法924.5 SDRA-MA路由算法1004.6 本章 小結(jié)105第5章 多層衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)1065.1 MLSR路由算法1065.2 SGRP路由算法1155.3 HSRP路由算法1195.4 基于移動Agent的路由1255.5 本章 小結(jié)129第二篇 適用于衛(wèi)星網(wǎng)的模擬工具第6章 NS簡介及其安裝1326.1 衛(wèi)星網(wǎng)模擬工具1326.2 NS簡介1336.2.1 NS概要1336.2.2 NS的發(fā)展歷程1346.3 NS的安裝1346.3.1 Linux環(huán)境下的安裝1346.3.2 Windows環(huán)境下的安裝1366.4 NS進行網(wǎng)絡(luò)模擬的方法和步驟140第7章 NS腳本語言1427.1 Tcl基本語法1427.2 OTcl1457.2.1 OTcl簡介1457.2.2 OTcl基本語法146第8章 NS的離散事件機制和分裂對象機制1498.1 NS的離散事件機制1498.2 分裂對象機制149第9章 衛(wèi)星節(jié)點1549.1 衛(wèi)星節(jié)點及其位置1549.1.1 衛(wèi)星節(jié)點及其位置的定義1549.1.2 衛(wèi)星節(jié)點位置的初始化1569.2 衛(wèi)星節(jié)點結(jié)構(gòu)1579.3 衛(wèi)星節(jié)點的創(chuàng)建158第10章 衛(wèi)星鏈路16210.1 衛(wèi)星鏈路模型16210.1.1 SatLinkHead16310.1.2 物理層16410.1.3 鏈路層16510.2 衛(wèi)星鏈路的建立16610.2.1 星際鏈路的建立16610.2.2 星地鏈路的建立16910.3 衛(wèi)星鏈路的切換管理171第11章 定時器和分組頭17311.1 定時器17311.1.1 C++的抽象基類TimerHandler17311.1.2 衛(wèi)星模塊中設(shè)定一個新的定時器17411.2 分組頭17511.2.1 與分組有關(guān)的類17511.2.2 添加新的分組頭類型177第12章 衛(wèi)星網(wǎng)的路由17912.1 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由代理17912.1.1 數(shù)據(jù)包的接收和轉(zhuǎn)發(fā)17912.1.2 路由代理與衛(wèi)星節(jié)點的關(guān)系17912.2 路由協(xié)議的實現(xiàn)18012.3 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模擬發(fā)送數(shù)據(jù)的流程182第13章 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的跟蹤文件18513.1 對跟蹤的支持18513.2 Tcl中的跟蹤類18513.3 C++的跟蹤類18813.4 跟蹤文件格式188第14章 常用分析與調(diào)試工具19314.1 gawk19314.1.1 gawk簡介19314.1.2 gawk的使用19314.2 gnuplot19714.2.1 gnuplot簡介19714.2.2 gnuplot的使用19714.3 xgraph20414.3.1 xgraph簡介20414.3.2 xgraph的使用20514.4 利用gdb調(diào)試NS206第三篇 衛(wèi)星網(wǎng)路由技術(shù)模擬第15章 DRA算法模擬21015.1 拓撲搭建21015.1.1 節(jié)點設(shè)計21015.1.2 鏈路分析21215.2 鏈路切換分析21315.3 路由模塊實現(xiàn)21315.4 仿真腳本分析22015.5 仿真結(jié)果分析22415.5.1 算法性能22415.5.2 節(jié)點失效對算法的影響22515.6 動畫演示226第16章 SGRP算法模擬22816.1 拓撲搭建22816.1.1 節(jié)點設(shè)計22816.1.2 鏈路設(shè)計23016.1.3 拓撲實現(xiàn)23116.2 鏈路切換設(shè)計23316.3 路由模塊的實現(xiàn)24016.3.1 路由算法主模塊實現(xiàn)24016.3.2 鏈路擁塞的實現(xiàn)24316.3.3 節(jié)點失效的實現(xiàn)24416.4 仿真實現(xiàn)24416.4.1 參數(shù)設(shè)置24416.4.2 仿真腳本24416.5 仿真結(jié)果分析24716.5.1 算法效率24716.5.2 鏈路擁塞對算法的影響24816.5.3 節(jié)點失效對算法的影響24916.6 動畫演示249第17章 SDRA-MA算法模擬25017.1 衛(wèi)星網(wǎng)拓撲搭建25017.1.1 衛(wèi)星節(jié)點25017.1.2 衛(wèi)星鏈路25117.1.3 拓撲實現(xiàn)25117.2 移動Agent功能實現(xiàn)25217.2.1 移動Agent的實現(xiàn)25217.2.2 派遣移動Agent25417.3 路由模塊的實現(xiàn)25517.3.1 路由算法主模塊實現(xiàn)25517.3.2 前向移動Agent的創(chuàng)建25617.3.3 后向移動Agent的創(chuàng)建25717.3.4 移動Agent的銷毀25817.3.5 移動Agent的遷移25917.3.6 移動Agent的信息更新26017.3.7 路由表更新26117.3.8 下一跳選擇26117.3.9 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組26317.3.10 丟包類型的設(shè)計26417.4 仿真實現(xiàn)26517.4.1 參數(shù)設(shè)置26517.4.2 背景流量的實現(xiàn)26617.4.3 仿真腳本26917.5 仿真結(jié)果分析27117.5.1 端到端時延27117.5.2 時延抖動27217.5.3 網(wǎng)絡(luò)吞吐量27217.5.4 鏈路利用率27217.6 動畫演示273參考文獻275

章節(jié)摘錄

　　衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)或反射空間電磁波來實現(xiàn)信息傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。衛(wèi)星通信是宇宙無線通信的主要形式之一，也是微波通信發(fā)展的特殊形式之一。衛(wèi)星通信使用微波頻段（300MHz～300GHz），其原因，除了可獲得通信容量大的優(yōu)點之外，主要是考慮到衛(wèi)星處于外層空間（即在電離層之外），地面上發(fā)射的電磁波必須能穿透電離層才能到達衛(wèi)星。同樣，從衛(wèi)星到地面上的電磁波也必須穿透電離層，而微波頻段恰好具備這一條件?！　‰S著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，人類的活動領(lǐng)域已擴大到地球大氣層以外的空間。為了滿足宇宙航行傳遞信息的需要，宇宙（空間）無線電通信也隨之發(fā)展起來。國際電信聯(lián)盟（ITU）和國際無線電咨詢委員會（CCIR）從1959年起開始把宇宙（空間）通信列為新的課題，提出了許多重要的技術(shù)建議。1963年召開了世界臨時無線電行政會議（EARC），為宇宙通信指定了法規(guī)，分配給10G：Hz以下的頻帶。1971年又為宇宙通信召開了世界無線電行政會議（WARC），將分配的頻段擴展到275GHz~修訂了有關(guān)的技術(shù)標準，并對宇宙無線電的術(shù)語及其定義作了統(tǒng)一的規(guī)定。1979年WARC又作了新的規(guī)定：以宇宙飛行體或通信轉(zhuǎn)發(fā)體為對象的無線電通信稱為宇宙通信。它包括3種形式：（1）地球站與宇宙站之間的通信；（2）宇宙站之間的通信；（3）通過宇宙站的轉(zhuǎn)發(fā)或反射進行地球站之間的通信。通常人們把第三種形式稱為宇宙通信。這里所說的地球站是指設(shè)在地球表面（包括地面、海洋或大氣層）的通信站，而把用于實現(xiàn)通信目的的人造衛(wèi)星稱為通信衛(wèi)星。

編輯推薦

　　《衛(wèi)星通信網(wǎng)路由技術(shù)及其模擬》特點　　《衛(wèi)星通信網(wǎng)路由技術(shù)及其模擬》對衛(wèi)星通信網(wǎng)的熱點問題——衛(wèi)星通信網(wǎng)路由協(xié)議進行了詳細介紹，并系統(tǒng)介紹了模擬工具，最后運用模擬工具對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的搭建和協(xié)議進行了模擬?！缎l(wèi)星通信網(wǎng)路由技術(shù)及其模擬》將為從事衛(wèi)星通信網(wǎng)模擬工作的研究人員和工程人員提供重要的借鑒作用。　　國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863”計劃），是一項具有明確國家目標的國家科技計劃，是發(fā)展高科技、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、建設(shè)創(chuàng)新型國家的重大舉措。“863”通信高技術(shù)叢書，是對通信信息領(lǐng)域的課題以及相關(guān)重大專項的成果總結(jié)，被新聞出版總署列入“十一五”國家重點圖書出版規(guī)劃項目中的國家重大出版工程。

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