劉立芳， 吳 丹， 郎曉光， 齊小剛

(1. 西安電子科技大學 計算機學院，陜西 西安 710071；2. 西安電子科技大學 數(shù)學與統(tǒng)計學院，陜西 西安 710071)

GEO/LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸與抗毀性技術(shù)

劉立芳1， 吳 丹1， 郎曉光1， 齊小剛2

(1. 西安電子科技大學 計算機學院，陜西 西安 710071；2. 西安電子科技大學 數(shù)學與統(tǒng)計學院，陜西 西安 710071)

針對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)對地傳輸時實時性不足的問題，提出了一種雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的數(shù)據(jù)傳輸與抗毀性技術(shù)．在技術(shù)中以高軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為通信骨干網(wǎng)，負責衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的中繼與轉(zhuǎn)發(fā)，低軌衛(wèi)星層則負責數(shù)據(jù)的收集和輔助路由．通過高軌衛(wèi)星層與低軌衛(wèi)星層的聯(lián)合通信，實現(xiàn)了低軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)的實時傳輸．采用多路徑傳輸策略，提高了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的抗毀性．通過仿真，對提出的技術(shù)在吞吐率、傳輸時延、時延抖動以及丟包率等方面的性能進行了分析．在遭受攻擊環(huán)境下，對網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交付能力變化進行了研究．多層衛(wèi)星協(xié)同的數(shù)據(jù)傳輸方法能夠很好地解決單層低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸方面的不足，滿足衛(wèi)星節(jié)點多業(yè)務(wù)的實時傳輸需求．

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模型;數(shù)據(jù)傳輸方法;抗毀性技術(shù);性能分析;網(wǎng)絡(luò)仿真

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，空間衛(wèi)星技術(shù)在國防和民用領(lǐng)域也得到了快速的發(fā)展．衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在地理勘測、氣象預(yù)警、自然災(zāi)害救援以及通信等方面有著廣泛的應(yīng)用[1-2]．同地面網(wǎng)絡(luò)相比，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)不受高山、河流以及建筑物等地理環(huán)境的限制，能夠在廣闊的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸．在空間衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，低軌道(Low Earth Orbit，LEO)衛(wèi)星距地面較近，繞地循環(huán)周期較短，能夠很好地進行地理、氣象信息的收集．同時，LEO衛(wèi)星的循環(huán)周期短、移動速度快以及覆蓋面積小等特點也導(dǎo)致了向地面發(fā)送數(shù)據(jù)的時間很短，通常只有幾分鐘，因此在短時間內(nèi)LEO衛(wèi)星很難將收集的數(shù)據(jù)傳向地面．地球同步軌道(Geosynchronous Earth Orbit，GEO)衛(wèi)星在數(shù)據(jù)傳輸、覆蓋區(qū)域等方面具有良好的性能，只需要三顆衛(wèi)星即可對地球中低緯地區(qū)實現(xiàn)覆蓋，通過地球同步軌道衛(wèi)星與LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合通信，采用合適的無線中繼策略[3]能夠?qū)EO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)所收集到的數(shù)據(jù)進行實時傳輸．當衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)用于通信時，通信的信息具有多樣性，對傳輸鏈路情況有著不同的需求．衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)處于太空中，節(jié)點所處環(huán)境較為惡劣，網(wǎng)絡(luò)的抗毀性就尤為重要，網(wǎng)絡(luò)抗毀性是指網(wǎng)絡(luò)在遭受攻擊或者遭遇故障時，在部分節(jié)點或鏈路失效后網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)維持自身功能狀態(tài)的能力．

關(guān)于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的通信機制以及抗毀性研究，國內(nèi)外不少文獻都在研究．文獻[4]中提出了一種基于GEO中繼網(wǎng)絡(luò)的中斷容錯網(wǎng)絡(luò)路由算法，該算法通過對下一跳路由的實時更新，并根據(jù)預(yù)計交付時間和預(yù)計交付成本來獲取傳輸?shù)淖顑?yōu)路徑．文獻[5]在GEO/LEO雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的路由算法，該路由算法通過流量傳輸均衡和區(qū)域劃分的方法對數(shù)據(jù)進行傳輸，在該算法中由軌道頭結(jié)點對本軌道的路由進行管理．然而，由于衛(wèi)星的移動性，使得軌道頭節(jié)點無法一直處于GEO衛(wèi)星節(jié)點的覆蓋范圍內(nèi)．文獻[6]結(jié)合了LEO衛(wèi)星的實時傳輸信息的優(yōu)點與GEO衛(wèi)星較強計算能力的優(yōu)點，提出了自治路由算法(Simulation Autonomous Routing Algorithm，SARA)．利用星間鏈路(Inter-Satellite Links，ISL)的連通性規(guī)則來劃分網(wǎng)絡(luò)拓撲和計算路由，算法具有自治性，具有更好的抗毀性，可以減少信息負載，增加數(shù)據(jù)包的正確傳輸率，提高了網(wǎng)絡(luò)處理故障節(jié)點的能力．文獻[7]針對深空通信網(wǎng)絡(luò)的高時延和間斷連通的特征，提出一種以路徑吞吐量最大為準的路由算法，該算法支持非實時連通鏈路的端到端通信，可以獲得最大的吞吐量．上述文獻主要針對的是負載均衡問題，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性研究不足，鑒此，筆者提出一種可以確保數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)穆酚蓹C制．文中的研究內(nèi)容則主要用于解決LEO衛(wèi)星收集數(shù)據(jù)的實時傳輸，通過建立GEO/LEO雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，定期地更新LEO的接入GEO衛(wèi)星，LEO層衛(wèi)星采用多路由機制，保證了LEO衛(wèi)星收集的數(shù)據(jù)能夠在任意時刻任意地點實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸．

1 網(wǎng)絡(luò)模型

1.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲模型

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中LEO衛(wèi)星節(jié)點間的鏈路易中斷且運行周期短，與地面站的可見時間短，無法將收集到的數(shù)據(jù)可靠地傳輸給地面站，這樣不能保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性．故在文中搭建GEO/LEO雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模型．搭建的GEO/LEO雙層衛(wèi)星星座共包括26顆衛(wèi)星，其中包括22顆LEO衛(wèi)星、4顆GEO衛(wèi)星．模型建立的意義是: LEO衛(wèi)星收集相應(yīng)的地面數(shù)據(jù)，通過GEO衛(wèi)星進行實時傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿覈硟?nèi)的地面站．

在網(wǎng)絡(luò)拓撲模型中，22顆 LEO衛(wèi)星分布于兩個軌道，每個軌道上均勻分布11顆衛(wèi)星．設(shè)定LEO衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)包的源節(jié)點和中繼節(jié)點．4顆GEO衛(wèi)星分布于赤道上空，定點位置為: 120°W、0°、100°E、140°E．衛(wèi)星星座具體參數(shù)如表1所示．

表1 衛(wèi)星星座參數(shù)

1.2 業(yè)務(wù)傳輸模型

在現(xiàn)實衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)體系中，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型是多種多樣的，如: 消息、文本、聲音、圖像以及視頻等．不同業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量要求存在有很大的不同，文本、消息對傳輸?shù)目煽啃杂泻芨叩囊?，對傳輸?shù)膶崟r性則要求不高;聲音、視頻則對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求很高．另外，不同類型業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)量也不相同．在文中的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模型中，模擬3種業(yè)務(wù)類型，通過不同的數(shù)據(jù)發(fā)送速率來體現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)類型的處理能力．3種數(shù)據(jù)發(fā)送速率分別為low、mid、high．

衛(wèi)星節(jié)點處在較為惡劣的環(huán)境中，LEO收集數(shù)據(jù)會存在波動的情況．所以模型中設(shè)置兩種數(shù)據(jù)包創(chuàng)建的方式，分別為均勻類型與符合泊松分布類型，來區(qū)分正常情況與存在波動的情況．均勻類型用來模擬LEO衛(wèi)星用于數(shù)據(jù)收集時，在正常的環(huán)境下，每個固定時間段內(nèi)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)包量; 泊松分布類型則用于模擬LEO衛(wèi)星節(jié)點產(chǎn)生數(shù)據(jù)量在有波動情況下，每個固定時間段內(nèi)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)包量． 3種業(yè)務(wù)類型數(shù)據(jù)包的產(chǎn)生速率如表2所示．

表2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型

1.3 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的路由機制

1.3.1 衛(wèi)星的傳輸選擇

在設(shè)計的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模型中，LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)主要負責信息數(shù)據(jù)的收集與發(fā)送，LEO數(shù)據(jù)的收集過程則以數(shù)據(jù)的創(chuàng)建進行模擬．當LEO衛(wèi)星節(jié)點產(chǎn)生數(shù)據(jù)后，則有兩種傳輸選擇，當有接入GEO衛(wèi)星時，向GEO衛(wèi)星節(jié)點進行傳輸; 當沒有GEO接入衛(wèi)星時，則向LEO衛(wèi)星進行傳輸．

圖1 GEO衛(wèi)星層中的數(shù)據(jù)傳輸

GEO層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星數(shù)量較少，因此采用固定路由方式降低衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的傳輸開銷．固定的傳輸過程如圖1所示．GEO衛(wèi)星位置固定不變，在GEO層數(shù)據(jù)傳輸過程: GEO1的數(shù)據(jù)通過GEO4進行中繼傳輸，GEO2的數(shù)據(jù)通過GEO3進行中繼傳輸．再由GEO3和GEO4發(fā)往網(wǎng)絡(luò)地面站．

1.3.2 數(shù)據(jù)傳輸方法

第1步 GEO衛(wèi)星定期地向外發(fā)送hello數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中包含有GEO衛(wèi)星節(jié)點的id以及其他字段．

第2步 當LEO接收到GEO發(fā)送的hello數(shù)據(jù)包后，計算數(shù)據(jù)包在傳輸過程中的時延值，若LEO收到多個hello數(shù)據(jù)包，則比較不同GEO衛(wèi)星節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的傳輸時延的大小，可以體現(xiàn)GEO衛(wèi)星與LEO衛(wèi)星的距離．選擇傳輸時延最小的GEO衛(wèi)星節(jié)點作為LEO衛(wèi)星節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕尤牍?jié)點．傳輸時延的計算公式為

Di=Ttemp-Tcreat(pkt),

(1)

其中，Di為LEO衛(wèi)星節(jié)點收到GEO衛(wèi)星節(jié)點數(shù)據(jù)包的傳輸時延，GEO衛(wèi)星節(jié)點的id為i，Ttemp為當前仿真時間，Tcreat(pkt)為數(shù)據(jù)包的創(chuàng)建時間．

最小傳輸時延的獲取，即

Dmin=min{D1，D2，…} ,

(2)

第3步 當LEO衛(wèi)星節(jié)點沒有GEO接入衛(wèi)星節(jié)點時，則通過同軌道衛(wèi)星節(jié)點進行數(shù)據(jù)中繼傳輸．

傳遞過程中以跳數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的傳輸距離．在傳遞的數(shù)據(jù)包中，有跳數(shù)字段numhop，當數(shù)據(jù)包從源節(jié)點發(fā)送時，numhop=0，數(shù)據(jù)包每經(jīng)過一個LEO節(jié)點，判斷該LEO衛(wèi)星節(jié)點是否有GEO接入衛(wèi)星，若有GEO接入衛(wèi)星，則將數(shù)據(jù)包發(fā)往GEO衛(wèi)星節(jié)點；如沒有GEO接入衛(wèi)星，numhop加1，繼續(xù)向同軌道衛(wèi)星節(jié)點進行中繼．當 numhop=3 時，依舊沒有向GEO衛(wèi)星節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸，則將數(shù)據(jù)包丟棄．

第4步 當GEO衛(wèi)星節(jié)點接收到LEO衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)包時，判斷本衛(wèi)星節(jié)點id是否為3或4節(jié)點，若 idself=3 或4，則將數(shù)據(jù)包向地面站轉(zhuǎn)發(fā); 若 idself=1，則將數(shù)據(jù)包傳輸向4節(jié)點；若 idself=2，則將數(shù)據(jù)發(fā)送給3節(jié)點．

第5步 地面站接收GEO傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并進行相應(yīng)的處理．

通過以上步驟，實現(xiàn)了將LEO衛(wèi)星中收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲荆欢捎谛l(wèi)星節(jié)點的移動性導(dǎo)致LEO衛(wèi)星的接入GEO衛(wèi)星經(jīng)常發(fā)生變化，因此需要定期地進行網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)更新．具體情況為:GEO衛(wèi)星需要定期地向外發(fā)送hello數(shù)據(jù)包，LEO衛(wèi)星中每隔相同時間更新一次相應(yīng)的GEO接入衛(wèi)星．

2 仿真與性能分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)性能評估指標

在研究中使用的GEO/LEO雙層網(wǎng)絡(luò)模型，主要用于進行數(shù)據(jù)的收集與傳輸，在網(wǎng)絡(luò)模型中評價衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的性能主要從吞吐率、時延、網(wǎng)絡(luò)時延抖動和丟包率來進行評估．網(wǎng)絡(luò)性能指標的定義如下:

(1) 數(shù)據(jù)吞吐率．在本網(wǎng)絡(luò)中使用的網(wǎng)絡(luò)模型中，數(shù)據(jù)包吞吐率主要用來衡量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸能力．網(wǎng)絡(luò)包吞吐率則為網(wǎng)絡(luò)總接收量與網(wǎng)絡(luò)發(fā)送量的比值，即σ= OUT/IN．其中OUT為網(wǎng)絡(luò)接收量，是單位時間內(nèi)到達目的節(jié)點的數(shù)據(jù)包數(shù)，單位為Packet/s (包/秒)．網(wǎng)絡(luò)發(fā)送量是單位時間內(nèi)源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的總和IN，單位為Packet/s．對整個或局部穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)來說，其輸入和輸出速率是相等的．

(2) 端到端時延．在該研究中使用的網(wǎng)絡(luò)時延是端到端的時延，即數(shù)據(jù)包從在源節(jié)點產(chǎn)生到在目的節(jié)點接收到所消耗的時間．時延的計算如式(1)所示．在仿真中統(tǒng)計的時延則是每個數(shù)據(jù)收集點收到的數(shù)據(jù)是在過去一段時間內(nèi)收到數(shù)據(jù)包單向時延的均值，而被丟棄數(shù)據(jù)包的時延沒有考慮在內(nèi)，因為丟包意味著時延無窮．

(3) 丟包率．數(shù)據(jù)包在源節(jié)點產(chǎn)生，通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，到達目的節(jié)點的數(shù)據(jù)包數(shù)目．丟包率用R=Z/w表示，自然R越低就表示其丟包越少，其中Z為丟失數(shù)據(jù)包數(shù)目，w為產(chǎn)生數(shù)據(jù)包總數(shù)．

2.2 網(wǎng)絡(luò)攻擊

空間衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由于位置相對公開，因此，容易受到外部的干擾與惡意攻擊．在設(shè)計的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模型中，LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的主要功能在于數(shù)據(jù)的收集，因此LEO層中的衛(wèi)星節(jié)點受到攻擊并且失效對整個網(wǎng)絡(luò)的性能影響不大．GEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為整個網(wǎng)絡(luò)模型中數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓歉删W(wǎng)絡(luò)，GEO衛(wèi)星節(jié)點的性能對整個網(wǎng)絡(luò)的性能影響相對較大．在仿真的過程中，對衛(wèi)星節(jié)點的攻擊主要集中于GEO衛(wèi)星節(jié)點．

網(wǎng)絡(luò)攻擊的類型則為飽和攻擊．針對于衛(wèi)星節(jié)點來說，通過飽和攻擊占用衛(wèi)星節(jié)點的資源，使衛(wèi)星節(jié)點處于不能工作的狀態(tài)．通過將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包進行復(fù)制，通過這樣的方法來占用衛(wèi)星節(jié)點的信道．使衛(wèi)星節(jié)點的吞吐量增大，但是數(shù)據(jù)包基本為無效數(shù)據(jù)包．通過設(shè)置的飽和攻擊強度(1/10/100/ 1 000)，使衛(wèi)星節(jié)點創(chuàng)建的數(shù)據(jù)包被復(fù)制1(10/100/ 1 000) 份，將所有的數(shù)據(jù)包發(fā)往相應(yīng)的節(jié)點．飽和強度越大，數(shù)據(jù)包數(shù)目越大，占用衛(wèi)星節(jié)點的資源就越多．

2.3 實驗仿真

搭建STK/OPNET聯(lián)合仿真平臺，STK負責LEO/GEO星座的搭建，生成相應(yīng)的軌道文件; OPNET負責網(wǎng)絡(luò)仿真，搭建網(wǎng)絡(luò)的核心功能模塊．使用OPNET進行網(wǎng)絡(luò)仿真的時間設(shè)置為 5 min，GEO衛(wèi)星節(jié)點向外發(fā)送hello數(shù)據(jù)包的時間間隔為 61 s，在網(wǎng)絡(luò)仿真中，LEO衛(wèi)星節(jié)點的數(shù)據(jù)產(chǎn)生速率以均勻類型為例．

圖2 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模型中的數(shù)據(jù)包吞吐率圖3 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的丟包率

圖2中數(shù)據(jù)包接收量與總發(fā)送量的比值比較接近，近乎為1，這說明LEO發(fā)送的數(shù)據(jù)包最終到達地面節(jié)點．在圖中，每隔一段時間就會存在的吞吐率下降則是由于LEO衛(wèi)星的GEO接入衛(wèi)星定期更新所致．當LEO的更新其接入GEO衛(wèi)星時，則整個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)短時間內(nèi)無法上傳數(shù)據(jù)，使得衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)目的節(jié)點的數(shù)據(jù)接受量較少．圖3顯示，傳輸過程中數(shù)據(jù)的丟包率保持一個相對較低的水平，在接入衛(wèi)星更新時會出現(xiàn)較大的丟包率．

圖4 地面節(jié)點接受數(shù)據(jù)量變化

在設(shè)計的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模型中，GEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)擔負著主要的通信任務(wù)，GEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸如圖1所示．由圖1可見，根據(jù)GEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星節(jié)點功能的不同，可以將節(jié)點分為兩種類型，一種節(jié)點類型為邊緣節(jié)點，主要用于LEO衛(wèi)星的數(shù)據(jù)收集，如節(jié)點1和節(jié)點2，衛(wèi)星節(jié)點將數(shù)據(jù)收集后，傳向同層衛(wèi)星節(jié)點; 另一種節(jié)點類型為核心節(jié)點，功能有LEO衛(wèi)星數(shù)據(jù)的收集、同層衛(wèi)星節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)的中繼與對地數(shù)據(jù)的傳輸，如節(jié)點3和節(jié)點4．為準確得到不同類型的GEO衛(wèi)星節(jié)點受到攻擊時，網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的性能下降情況．分別對GEO1和GEO3進行攻擊，分析不同類型節(jié)點失效對網(wǎng)絡(luò)的影響．由于在飽和攻擊的情況下衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量有較大變化，這時網(wǎng)絡(luò)中吞吐率將會超過1，這時研究吞吐率已沒有價值．飽和攻擊強度為10的情況下，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)性能指標主要對地面節(jié)點的數(shù)據(jù)包接受量、丟包率與時延變化進行比較．如圖4～圖6所示．

圖5 傳輸時延的變化圖6 丟包率變化

如圖4所示，當衛(wèi)星節(jié)點受到飽和攻擊時，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的發(fā)送量則會有一個較大的提高，GEO3受到攻擊時，網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包量比GEO1受到攻擊時更大．當受到攻擊時，GEO1的傳輸時延與正常情況下相差不大，GEO3的傳輸時延有一定程度的減少，這時，由于當受到飽和攻擊時，GEO3的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將可能受到飽和攻擊，將會產(chǎn)生數(shù)據(jù)包傳輸?shù)降孛婀?jié)點，從而降低了傳輸時延的平均值．如圖6所示，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的丟包率都會增大，增大幅度相差不大，這表示受到飽和攻擊時，正確接受的數(shù)據(jù)包量都會受到較大影響．

3 結(jié) 束 語

在研究中針對LEO衛(wèi)星節(jié)點數(shù)據(jù)難以進行實時傳輸?shù)膯栴}，提出了一種基于GEO/LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸與抗毀性技術(shù)研究．將地球同步衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^衛(wèi)星，并針對多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計了一種路由機制．在該路由機制中，考慮了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)拓撲變化，實現(xiàn)了對接入衛(wèi)星的實時更新與檢測，并通過將LEO衛(wèi)星產(chǎn)生數(shù)據(jù)的多路徑傳輸，實現(xiàn)了LEO衛(wèi)星數(shù)據(jù)的實時傳輸．對提出的網(wǎng)絡(luò)模型進行了仿真，驗證了網(wǎng)絡(luò)模型在數(shù)據(jù)傳輸上的可靠性，并對多業(yè)務(wù)模式進行了仿真．針對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)易受攻擊的特點，以常見的飽和攻擊為例，仿真了對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵通信節(jié)點進行攻擊的情況，可以得到不同節(jié)點失效對網(wǎng)絡(luò)性能影響的評估．

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ResearchondatatransmissionandsurvivabilitytechnologyoftheGEO/LEOsatellitenetwork

LIULifang1，WUDan1，LANGXiaoguang1，QIXiaogang2

(1. School of Computer Science and Technology, Xidian Univ., Xi’an 710071, China；2. School of Mathematics and Statistics, Xidian Univ., Xi’an 710071, China)

Aiming at the problem that Low Earth Orbit satellites have a low real-time performance in transmitting data to the ground, a data transmission and survivability technology based on the double-layer satellite network is proposed. In the method, the Geosynchronous Earth Orbit satellite network is used as the communication backbone network, which is responsible for the relaying and forwarding of the data in the satellite network. The low-earth satellite layer is responsible for data collection and auxiliary routing. Combining the advantages of Geosynchronous Earth Orbit and Low Earth Orbit satellites can realize the real-time transmission of Low Earth Orbit satellite data. The multi-path transmission strategy improves the survivability of the satellite network. The performance of the proposed method is analyzed in terms of throughput, transmission delay, delay jitter and packet loss rate. Under the attack environment, the data delivery capability of the network is studied. The data transmission method based on the multi-layer satellite can solve the single-layer low-earth satellite network in data transmission, and satisfy the requirement of multi-service real-time transmission.

satellite network model; data transmission; survivability technology; performance analysis; network simulation

2017-02-22

時間：2017-06-29

國家自然科學基金資助項目( 61572435, 61472305)；陜西省自然科學基金資助項目(2015JZ002, 2015JM6311)；寧波市自然科學基金資助項目(2016A610035, 2017A610119)；復(fù)雜電子系統(tǒng)仿真重點實驗室基礎(chǔ)研究基金資助項目(DXZT-JC-ZZ-2015-015)

劉立芳(1972-)，女，教授，博士，E-mail: lfliu@xidian.edu.cn．

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1076.TN.20170629.1734.002.html

10.3969/j.issn.1001-2400.2018.01.001

TP393

A

1001-2400(2018)01-0001-05

(編輯： 王 瑞)