【摘 要】
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随着航空航天技术的不断发展,微纳卫星逐渐受到业界关注。微纳卫星属于低地球轨道卫星,具有体积小、成本低、快速部署和开销可控等优点,在对地观测、通信、新技术验证、科学试验等领域用途广泛,具有良好的经济和社会效益。微纳卫星网络是由多颗微纳卫星构成的集群网络,卫星节点的高速运动特性使得节点之间的位置关系随着时间发生变化,造成星间链路的连接状态不断改变,进而导致整个网络的拓扑结构复杂多变,因此需要采用拓扑控
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随着航空航天技术的不断发展,微纳卫星逐渐受到业界关注。微纳卫星属于低地球轨道卫星,具有体积小、成本低、快速部署和开销可控等优点,在对地观测、通信、新技术验证、科学试验等领域用途广泛,具有良好的经济和社会效益。微纳卫星网络是由多颗微纳卫星构成的集群网络,卫星节点的高速运动特性使得节点之间的位置关系随着时间发生变化,造成星间链路的连接状态不断改变,进而导致整个网络的拓扑结构复杂多变,因此需要采用拓扑控制技术对微纳卫星的网络结构进行优化。微纳卫星网络的拓扑结构虽然变化频繁,但是由于微纳卫星在围绕地球飞行的过程中,其运行轨道具有周期性且受到地面站管控,因此卫星网络的拓扑结构变化具有周期性和可预测性。本文根据微纳卫星网络拓扑结构变化的周期性特点,提出一种基于去重和加冗的离线拓扑简并方法,首先对星间链路建链、拆链的时间特点进行分析,并以此为标准将卫星网络的运行周期均匀划分为等间隔时隙,然后对具有相同拓扑结构的相邻快照进行去重简并,之后再对经过去重简并的拓扑快照进行加冗简并,通过添加少量冗余链路的方法达到合并低差异度的拓扑快照以及减少网络拓扑调整频度的目的,最终使微纳卫星网络的拓扑结构具有较好的稳定性和环境适应性,避免因拓扑的频繁切换造成星上资源的消耗。微纳卫星网络运行速度快、回归周期短,在构建空间信息网络方面应用潜力巨大,但是微纳卫星网络的分布式特点也使得其在进行多任务切换时,需要根据不同类型的任务对于卫星节点载荷的需求情况,灵活调整卫星网络的拓扑结构以保证重要任务节点之间的连通性。为此,本文提出一种面向多任务的拓扑控制方法,该方法将介数中心性作为微纳卫星网络的节点/链路重要性的评估标准,利用介数中心性高的节点分别为每一项任务拓扑构造连通支配集,通过融合多个连通支配集中的重要节点以及与重要节点相连的链路,建立满足多任务切换要求的静息拓扑,使得从静息拓扑向不同的任务拓扑调整时具有较短的拓扑响应时间,改善了卫星网络拓扑对任务的响应速度。最后,本文对现阶段的研究工作进行总结,并对后续值得研究的内容进行展望。
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