空間信息網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化分配研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和空間技術(shù)的不斷發(fā)展，空間信息網(wǎng)絡(luò)得到了世界各國(guó)的重視，成為了當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。空間信息網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多、來(lái)源復(fù)雜，對(duì)節(jié)點(diǎn)的控制和節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同是一個(gè)難題。由于地面用戶分布不均、用戶的數(shù)據(jù)需求難以預(yù)知，空間信息網(wǎng)絡(luò)在為地面用戶提供信息服務(wù)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞、服務(wù)中斷等問(wèn)題。因此，如何在有限的資源下保證網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力和服務(wù)質(zhì)量成為空間信息網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)具有重大意義的研究工作。
　　在充分分析國(guó)內(nèi)外對(duì)空間信息網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)

2、絡(luò)流量分載問(wèn)題研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文首先提出了基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的近地軌道衛(wèi)星流量分載模型，然后設(shè)計(jì)了基于對(duì)偶分解算法和交替方向乘子法的分布式算法對(duì)模型進(jìn)行求解，最后針對(duì)具有時(shí)延和丟包的空間信息網(wǎng)絡(luò)流量分載問(wèn)題進(jìn)行了分析。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新工作包括:
　　(1)針對(duì)空間信息網(wǎng)絡(luò)為地面用戶提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)時(shí)存在的資源分配不均問(wèn)題，引入軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以GEO衛(wèi)星作為SDN控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的集中控制，進(jìn)而提出了近地軌道衛(wèi)星流

3、量分載模型。針對(duì)多種不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分載的數(shù)據(jù)流量大小和總體網(wǎng)絡(luò)效用兩個(gè)方面對(duì)上述模型進(jìn)行評(píng)估。仿真結(jié)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(luò)的資源利用率和服務(wù)能力。
　　(2)針對(duì)近地軌道衛(wèi)星流量分載模型，引入對(duì)偶分解算法，提出了基于對(duì)偶分解的流量分載算法（TODD算法）對(duì)模型進(jìn)行分布式求解，并指出對(duì)偶分解算法存在隱私安全和收斂速度方面的缺陷。針對(duì)對(duì)偶分解算法收斂速度慢的問(wèn)題，引入動(dòng)量，提出了基于改進(jìn)對(duì)偶

4、分解的流量分載算法(M-TODD算法)對(duì)模型進(jìn)行求解。仿真結(jié)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(wèn)題，而且M-TODD算法的收斂速度明顯優(yōu)于TODD算法，說(shuō)明加入動(dòng)量項(xiàng)確實(shí)能有效提升算法的收斂速度。
　　(3)針對(duì)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(duì)模型進(jìn)行分布式求解，并指出該算法在隱私安全和計(jì)算資源利用率方面的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)高斯-塞德

5、爾型交替方向乘子法多個(gè)模塊不能并行執(zhí)行的問(wèn)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(shí)現(xiàn)了完全并行的分布式求解，更加充分地利用了網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算資源，進(jìn)一步保證了算法的執(zhí)行效率。仿真結(jié)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(wèn)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(xiàng)對(duì)算法收斂性造成的影響。
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