基于多星共轨架构的空间信息网络分布式拓扑控制机制与优化方法研究

基本信息
批准号:61701522
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:姜勇
学科分类:
依托单位:中国人民解放军空军工程大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李勇军,王翔,朱子行,郑永兴,赵静,丁西峰,王星宇
关键词:
空间信息网络多星共轨拓扑优化分布式拓扑控制
结项摘要

With network scale and access requirements of space information services continues to expand in the future, as a space-time dynamic heterogeneous network, the topology control and optimization and backbone improvement of space information network had become particularly important. Therefore, distributed topology control and optimization strategy of space information network based on geostationary satellite collocation would be totally studied in this project. In the analysis of space environment characteristics and space-based platform ability level, fitting the national defense and military applications for different information service needs, the space-based backbone network architecture with geostationary satellite collocation was clearly defined, and its orbit design method based on genetic algorithm was proposed to solve the problem of insufficient capacity with single GEO satellite and extremely limited by GEO orbital position. Then using the spanning tree and algebraic connectivity method in graph theory, the topology control and optimization technology of multi-layer heterogeneous space information network was researched, and a distributed topology control method based on bottom-to-top idea was proposed to achieve autonomous operation. Through the research on this project, some creative achievements would be gotten in space information network topology control and optimization based on geostationary satellite collocation, and could provide theoretical basis and technical support for the construction of Chinese space information network.

随着未来海量异质空间信息业务的接入需求及网络规模的不断扩大,空间信息网络作为一种空时动态异质异构网络,其骨干网能力提升和整网的拓扑控制与优化问题变得尤为重要。为此,本项目针对多星共轨架构的空间信息网络分布式拓扑控制与优化方法展开全面研究。在分析空天环境特点以及天基平台能力水平基础上,面向不同国防和军事应用海量信息服务需求,明确多星共轨机制的天基骨干网架构设计思路,提出一种基于遗传算法的多星共轨轨道优化方法,解决当前GEO单星能力不足、轨位受限等问题;采用图论中生成树和代数连通度方法,研究多层异构空间信息网络拓扑控制与优化问题,提出基于自底向上思想的分布式拓扑控制方法,实现空间信息网络拓扑控制的自主运行。通过本项目研究,在多星共轨架构下空间信息网络拓扑控制与优化方面取得创新成果,为我国空间信息网络的建设提供理论依据和技术支撑。

项目摘要

本项目立足实际应用背景, 针对当前空间信息网络的高效组网及海量信息传输的迫切需求,综合分析国内外空间信息网络的架构设计和拓扑控制研究现状,充分借鉴最新技术与最新成果,探索基于多星共轨架构下的空间信息网络拓扑控制与优化方法,具有较强的创新性和明确的应用背景。.1) 提出一种基于多星共轨 GEO 星簇构型设计方法,采用轨道设计理论以及遗传算法对该构型进行优化,为缓解当前我国骨干节点单星能力不足、轨位稀缺状态提供理论支撑。.2) 提出基于最小生成树的分布式拓扑控制方法,采用分布式理论和图论方法,将空间信息网络拓扑控制问题分解,利用生成树和最小权重方法有效地提高了拓扑控制效率,降低了复杂度。.3) 提出基于最大化代数连通度的拓扑优化方法,通过引入大量的限制条件将空间信息网络拓扑优化问题降解为基本数学问题,从网络初始化和重构两方面出发,引入增量矩阵作为附加约束条件,保证代数连通度最大化的同时,大大降低拓扑重构难度。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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