空間信息網(wǎng)絡資源優(yōu)化分配研究.pdf

1、隨著計算機技術和空間技術的不斷發(fā)展，空間信息網(wǎng)絡得到了世界各國的重視，成為了當前的一個研究熱點。空間信息網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)量較多、來源復雜，對節(jié)點的控制和節(jié)點之間的協(xié)同是一個難題。由于地面用戶分布不均、用戶的數(shù)據(jù)需求難以預知，空間信息網(wǎng)絡在為地面用戶提供信息服務時可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞、服務中斷等問題。因此，如何在有限的資源下保證網(wǎng)絡的服務能力和服務質量成為空間信息網(wǎng)絡中一項具有重大意義的研究工作。
　　在充分分析國內外對空間信息網(wǎng)絡和網(wǎng)

2、絡流量分載問題研究現(xiàn)狀的基礎上，本文首先提出了基于軟件定義網(wǎng)絡架構的近地軌道衛(wèi)星流量分載模型，然后設計了基于對偶分解算法和交替方向乘子法的分布式算法對模型進行求解，最后針對具有時延和丟包的空間信息網(wǎng)絡流量分載問題進行了分析。本文的主要研究內容和創(chuàng)新工作包括:
　　(1)針對空間信息網(wǎng)絡為地面用戶提供數(shù)據(jù)傳輸服務時存在的資源分配不均問題，引入軟件定義網(wǎng)絡架構，以GEO衛(wèi)星作為SDN控制器實現(xiàn)對網(wǎng)絡的集中控制，進而提出了近地軌道衛(wèi)星流

3、量分載模型。針對多種不同規(guī)模的網(wǎng)絡，從整個網(wǎng)絡分載的數(shù)據(jù)流量大小和總體網(wǎng)絡效用兩個方面對上述模型進行評估。仿真結果表明，近地軌道衛(wèi)星流量分載模型能有效提升空間信息網(wǎng)絡的資源利用率和服務能力。
　　(2)針對近地軌道衛(wèi)星流量分載模型，引入對偶分解算法，提出了基于對偶分解的流量分載算法（TODD算法）對模型進行分布式求解，并指出對偶分解算法存在隱私安全和收斂速度方面的缺陷。針對對偶分解算法收斂速度慢的問題，引入動量，提出了基于改進對偶

4、分解的流量分載算法(M-TODD算法)對模型進行求解。仿真結果表明，TODD算法和M-TODD算法均能有效求解近地軌道流量分載問題，而且M-TODD算法的收斂速度明顯優(yōu)于TODD算法，說明加入動量項確實能有效提升算法的收斂速度。
　　(3)針對近地軌道衛(wèi)星流量分載模型，引入交替方向乘子法，提出了基于交替方向乘子法的流量分載算法（G-ADMM算法）對模型進行分布式求解，并指出該算法在隱私安全和計算資源利用率方面的優(yōu)勢。針對高斯-塞德

5、爾型交替方向乘子法多個模塊不能并行執(zhí)行的問題，引入雅可比迭代，提出了基于近似雅可比ADMM的流量分載算法（J-ADMM算法），實現(xiàn)了完全并行的分布式求解，更加充分地利用了網(wǎng)絡中的計算資源，進一步保證了算法的執(zhí)行效率。仿真結果表明，G-ADMM算法和J-ADMM算法均能有效求解近地軌道流量分載問題，但是J-ADMM算法的收斂速度比G-ADMM算法要慢一些，理論分析表明這是近似雅可比ADMM中近似項對算法收斂性造成的影響。
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