立方星无中心自组网络数据链路层协议研究

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摘要立方星主要用于空间技术研究和教育，它为未来卫星技术的发展提供了一个较好的平台。采用无中心自组工作方式的立方星在空中按照一定的编队结构飞行，通过协作构成一个卫星网络，共同完成空间任务。其具有高可靠性，低成本、自组织、自愈合的优点。立方星作为一种发展情景极好的空间部署方式，成为众多教育研究机构的发展重点之一。星上网络与地面网络的基本工作方式有不少区别，如何选取组网方式很大程度上决定了卫星网络的可靠性和性能。针对与此，本文首先通过分析选取 IEEE802.16 协议 Mesh 网作为研究星上通信的基础，通过对无线Mesh 网、IEEE802.16 协议以及MAC 层协议的分析，结合星上环境，构建了一个典型的卫星群，并对出现故障的情况下，卫星如何及时调整星间连接进行了模拟。42585
毕业论文关键词: 立方星,NS2,无线 Mesh,802.16仿真平台
Title Research on data link layer protocol ofcube satellite non center self set network
Abstract Cube star is mainly used in space technology research and education, it providesa better platform for the development of satellite technology in the future. Thecube star in the center of the group is used to fly in the air according to a certainformation structure, through the cooperation of a satellite network, to completethe space mission. It has the advantages of high reliability, low cost, selforganization and self healing. As an excellent development situation of spacedeployment, cube star has become one of the most important development ofeducational research institutions. There are many differences between the basicworking ways of the satellite network and the ground network, how to select thenetwork mode to a large extent determines the reliability and performance of thesatellite network.In order to solve this problem. Firstly, through analysis and selection of theIEEE802.16 protocol mesh as the star on the basis of communication through wirelessmesh networks, IEEE 802.16 protocols and MAC layer protocol analysis, combinedwith the space environment, construct a typical satellite group, and of failure,satellite to adjust inter satellite link is simulated.
Keywords: Cube star,NS2,wireless Mesh,802.16 simulation platform

1绪论1

1.1立方星研究背景.1

1.2国内外研究现状.1

1.3研究立方星网络MAC层协议的意义.3

1.4本文研究内容安排4

2802.16Mesh工作模式简介.5

2.1无线MESH网基础.5

2.2IEEE802.16协议基础.9

2.3本章总结.17

3802.16Mesh仿真平台搭建.18

3.1NS2网络模拟器背景.18

3.2仿真平台的系统架构.21

3.3MAC层功能模块介绍.22

3.4仿真平台测试23

3.5本章小结.25

4MAC协议设计及仿真26

4.1MAC协议的选择26

4.2不同调度方式性能比较.26

4.3协议实现28

4.4MAC协议仿真与分析.30

总结36

致谢37

参考文献.38
1 绪论1.1 立方星研究背景进入 21世纪，信息科学技术发展迅猛成果斐然，人们全面进入信息化时代，获取即时信息与快速处理信息的重要性体现在人们生活中的点点滴滴。空中信息的获取能力很大程度上决定了信息获取的总体能力，这也是展现一个国家综合实力和对国际社会影响力的重要方面。卫星是空间信息主要获取工具，故卫星技术的发展，不断提高空间信息的快速获取能力。随着航天器的功能趋向于高要求、多元化，单颗大卫星的搭载模块越来越多，研制成本越来越高，运行风险也越来越大，这成为了航天事业发展的瓶颈，制约了航天事业的进一步发展。因此，有研究提出由数颗小卫星通过程序化编队方式构成小卫星星群，由它们组成网络进行分工合作完成信息传递、信号分析存贮和载荷实验等任务，这样就能通过多颗小卫星协同工作实现单颗大卫星的功能。与大卫星相比小卫星星群网络的成本和风险都更小，对地面的覆盖范围更大，重访周期更短，卫星功能的拓展性更好，维护起来更轻松，能够更好地完成所赋予的空间任务。随着计算机控制技术、微型制造技术、新材料与新工艺的发展，小卫星组网运行的设计与制造难关逐一被攻克，并因为其成本低、功能多，质量小、体积微、研制周期短、技术含量高、发射与使用方式多样、入轨快等特点受到多方重视，小卫星技术发展迅速。功能各异相互独立的小卫星通过设定的编队进行组网形成卫星系统，小卫星之间协同工作完成与大卫星相同的任务，成为一项非常具有研究价值空间技术。立方星[1]是一种用于开展空间技术研究和航天科学教育的小卫星。多颗立方星按照各自的轨道运行，通过星间链路进行数据交互，自组织、自管理形成卫星群体系，最大限度的合理运用通信资源，各自完成所分配的任务。每颗立方星都具有接受信息、存储信息、处理信息和分发信息等能力，用以完成军事、民用等综合性任务如获取陆地、海洋、大气环境实时数据，GPS导航，定位船只，跟踪人造航天器[2]。