基于网络编码和功率分配的空间动态网络容量优化方法

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空间动态网络作为地面网络的延伸,承载着扩大通信范围、提供更全面高效服务的重要作用。但是受到星上资源的限制,空间动态网络的传输性能越来越无法满足日益增长的各类业务传输需求,如何提升空间动态网络的数据传输容量成为人们必须要面对和解决的问题。虽然对星上资源利用的优化方法很多,但是传统的传输路由方法已然无法在网络传输容量方面有较大的提升,而网络编码技术的出现为资源受限的空间动态网络容量提供了阶段性提升的契机,但空间动态网络的动态拓扑特性对网络编码的应用具有一定的影响,如何克服网络中节点的运动造成的相对位置、链路通断变化等困难,利用网络编码技术与资源利用优化方法相结合实现空间动态网络的传输容量优化是研究过程中亟需解决的问题。本文针对上述问题,研究适用于空间动态网络中的网络编码传输容量提升方法。首先,根据对不同网络编码特点的分析选择适合在空间传输的网络编码方案,并建立节点功率资源受限的系统传输模型,研究单个源节点到多个目的节点的多播传输容量优化问题。通过对求解问题的数学描述和分析,利用网络编码将多播容量问题转化为单播最大流问题,然后结合网络传输的关键链路进行功率分配优化,以提升系统多播容量。通过与传统路由方法的对比,验证网络编码方案在容量提升方面的巨大优势。其次,通过对空间动态网络的节点相对位置、星间可见性关系以及星间距离随时间变化的动态特性分析,研究空间动态网络拓扑结构的变化规律,建立星间链路模型和卫星网络传输模型对空间动态网络进行静态化描述。最后,针对跨时隙传输的空间动态网络,在卫星网络传输模型的基础上对单源多播网络模型进行修正和完善,通过在网络中引入虚拟节点和单向存储链路的方式给出一种适用于空间动态网络的编码多播容量优化求解方法,最后通过仿真验证算法的容量优化性能。
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