基于Linux系统的卫星网络动态路由协议设计与实现

作     者：徐玭 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王卫东

授予年度：2020年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 0835[工学-软件工程] 081202[工学-计算机软件与理论] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：卫星网络 虚拟拓扑 静态路由 动态路由 NS3 Linux 

摘      要：近年来,随着社会经济与科学技术的发展,为了更高效、更广覆盖的通信效果,卫星通信发展迅速。路由是实现通信网络有效通信首要解决的核心问题,尽管地面网络路由研究已经十分成熟,但由于卫星网络结构复杂,规模庞大且动态变化,其性能、功能、结构和要求与地面通信大不相同,无法沿用地面无线通信网络机制。因此卫星网络路由协议的研究,包括路由协议的设计、验证和实现已经成为一项重要课题。目前大量卫星网络路由技术的研究基于理论设计和仿真验证展开。论文设计了基于卫星网络状态的动态路由协议,除了通过NS3（Network Simulator version 3）软件平台仿真验证协议的正确性与性能之外,也在Linux系统上实现了该动态路由协议。论文主要研究工作如下:（1）根据虚拟拓扑算法思想,设计了一种基于卫星网络状态的动态路由协议（NSDR,Network State Based Dynamic Routing Protocol）,包括基于轨道特性的静态路由和基于网络状态的动态路由。通过卫星周期预测卫星运动轨迹,根据卫星进出极区时链路的状态划分快照,按照快照内拓扑预计算路由,根据卫星节点的实时状态动态调整网络拓扑重计算路由,提高卫星网络的应急能力,增强网络的抗毁性。（2）在NS3仿真平台实现NSDR协议,并验证协议的功能与性能。将NS3平台实现过程进行梳理展示,通过搭.建仿真模块,编写路由协议以及仿真分析,从理论上验证了论文设计协议的正确性,仿真研究结果表明,相比传统的路由协议,本论文设计的协议性能有所提升,具备在Linux系统实现的可行性。（3）在Linux系统中实现论文设计的NSDR协议,并且验证其功能与性能。通过将卫星网络动态路由协议功能进行逻辑梳理,借助Linux系统的数据传输与转发能力,将协议划分为四个模块实现设计的功能,针对实现过程中的难点提出了解决方案。借助Linux系统功对实现的NSDR协议进行功能测试和性能测试,测试结果表明NSDR协议功能完善,相比传统的基于虚拟拓扑的路由算法在时延、丢包率和吞吐量性能上有所提升,具备在卫星网络实际应用的可行性。