卫星通信系统联合路由选择及资源分配算法研究

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卫星通信系统通过部署具有信息收发功能的人造卫星可为地面用户提供信息交互服务。因覆盖广、容量大、性能稳健等优点,卫星通信系统近年来备受关注。为满足用户应用需求,提升数据传输及系统整体性能,需为卫星通信系统数据流设计端到端传输的路由选择策略。此外,卫星通信系统中多数据流传输时可能存在资源竞争问题,需进行高效无线资源管理。本文就卫星通信系统联合路由选择及资源分配算法开展研究,具体包含以下内容:在对当前卫星通信系统架构及特点进行概述的基础上,介绍了卫星通信系统的关键技术,并对系统中路由选择、资源分配、联合路由选择及资源分配等算法进行归纳总结并强调了联合路由选择及资源分配算法的重要性。针对卫星通信系统中多数据流传输场景,研究联合路由选择及资源分配问题。综合数据流速率需求及各种可用卫星资源等约束条件,建模联合路由选择及资源分配问题为系统总能效最大化问题。由于该优化问题为非确定性多项式难(Nondeterministic Polynomial-hard,NP-hard)问题,难以直接求解,故将其转换为三个子问题,即功率分配子问题,星间网络路由选择子问题和端到端选路子问题,分别通过拉格朗日对偶方法,狄克斯特拉(Dijkstra)算法和库恩-芒克勒斯(Kuhn-Munkres,K-M)匹配算法进行求解,最后通过MATLAB仿真验证了本算法的有效性。针对动态卫星通信系统中数据流分流传输及时隙分配等问题,提出一种联合路由选择及时隙分配算法。综合考虑数据流传输需求、链路可用性及传输速率需求等约束条件,建模联合路由选择及资源分配问题为系统总能耗最小化问题。因该优化问题为不易求解的为NP-hard问题,进而将优化问题分为候选链路子问题及路由组合子问题,并分别基于K最短路算法及基于背包的路由选择算法求解两个优化问题,得到最优联合路由选择及时隙分配策略。仿真结果表明所提算法可提升系统性能,实现数据流高效传输。
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