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第1章 概论 1

1.1 基本概念和特点 1

1.2 组成和结构 2

1.2.1 空间段 4

1.2.2 运控段 4

1.2.3 用户段 4

1.3 空间信息网络组网方式 5

1.4 国外研究进展 6

1.5 国内研究进展 18

1.6 发展趋势 23

第2章 空间信息网络体系架构 25

2.1 数据链路层协议 26

2.1.1 FDMA／DAMA数据链路层协议 26

2.1.2 MF-TDMA数据链路层协议 28

2.1.3 卫星ATM网络数据链路层协议 32

2.1.4 CCSDS AOS数据链路层协议 34

2.2 网络层路由协议 36

2.2.1 空间信息网络路由协议分析 36

2.2.2 单播路由协议适应性分析 38

2.2.3 组播路由协议适应性分析 41

2.2.4 典型卫星网络路由解决方案及优化 42

2.3 传输层TCP协议增强技术 50

2.3.1 TCP流程及传输控制机制 50

2.3.2 TCP在卫星网络中的适应性分析 53

2.3.3 卫星网络TCP增强技术 55

2.4 应用层协议增强技术 64

2.4.1 应用层协议及星上适应性分析 64

2.4.2 HTTP协议及卫星适应性分析 66

2.4.3 常用HTTP增强技术 69

2.4.4 HTTP增强技术在卫星网络中的应用及优化设计 76

第3章 CCSDS空间信息网络协议 79

3.1 CCSDS空间通信协议历史 79

3.2 CCSDS协议分层 80

3.3 CCSDS空间通信协议的主要特征 83

3.4 CCSDS空间通信协议配置实例 86

3.4.1 使用CCSDS定义的分组实现端到端前向传送 87

3.4.2 端到端路由的IP over CCSDS 87

3.4.3 端到端前向传输的CFDP 88

3.5 TC数据链路层协议 89

3.5.1 协议特点 90

3.5.2 寻址 91

3.5.3 TC服务的基本类型 92

3.5.4 TC空间数据链路的功能 93

3.5.5 TC空间数据链路协议数据单元（TC传输帧） 95

3.6 TM数据链路层协议 97

3.6.1 TC传输帧 97

3.6.2 TM传输帧帧头 98

3.6.3 TM传输帧数据域 99

3.7 AOS数据链路协议 100

3.7.1 基本概念 100

3.7.2 服务 101

3.7.3 功能 103

3.7.4 底层服务 105

3.7.5 无SDLS的协议数据单元 105

3.7.6 无SDLS的管理参数 117

3.7.7 支持SDLS的协议规范 118

3.8 Proximity-1数据链路层协议 119

3.8.1 Proximity-1协议概述 119

3.8.2 Proximity-1协议定义的术语 119

3.8.3 Proximity-1协议栈 120

3.8.4 各层功能 121

3.8.5 服务 124

3.8.6 协议数据单元 125

3.8.7 Proximity-1编码与同步层协议 129

3.9 IP over CCSDS 131

第4章 星座设计方法 133

4.1 星座设计目标及约束条件 133

4.2 卫星节点特性 135

4.2.1 卫星轨道参数 135

4.2.2 卫星轨道方程 138

4.2.3 卫星轨道分类 141

4.2.4 星下点轨迹 143

4.3 星座参数 144

4.4 区域覆盖星座设计 145

4.4.1 GEO卫星 145

4.4.2 IGSO星座 145

4.4.3 24星LEO星座 170

4.5 全球覆盖星座设计 174

4.5.1 GEO星座 174

4.5.2 NGSO星座 174

4.6 卫星节点空间连通及覆盖特性 194

4.6.1 坐标转换 194

4.6.2 可见性分析 197

4.6.3 覆盖性分析 199

4.7 卫星拓扑结构 203

4.7.1 单层卫星网络拓扑 205

4.7.2 极轨道卫星星座 205

4.7.3 倾斜轨道卫星星座 207

4.7.4 编队卫星 209

4.7.5 多层卫星网络拓扑 210

4.8 国内外典型星座系统 211

4.8.1 低轨道卫星星座系统 211

4.8.2 中轨道卫星星座系统 214

4.8.3 GEO轨道卫星系统 216

第5章 加权代数连通度最大化空间信息网络拓扑控制方法 218

5.1 引言 218

5.1.1 加权代数连通度的概念 218

5.1.2 研究现状 219

5.2 系统模型 221

5.3 问题描述 222

5.3.1 网络初始化问题 222

5.3.2 网络重构问题 224

5.3.3 松弛问题的半正定规划形式 225

5.4 基于矩阵摄动的启发式贪婪算法 225

5.4.1 网络初始化问题中的边移除算法 226

5.4.2 网络重构问题中的边增加算法 227

5.4.3 算法复杂度分析 228

5.5 仿真结果及分析 228

5.5.1 仿真环境设置 228

5.5.2 网络初始化中边移除算法仿真 228

5.5.3 网络重构中边增加算法仿真 232

5.6 小结 233

第6章 最小生成树空间信息网络拓扑控制方法 234

6.1 引言 234

6.1.1 最小生成树的概念 234

6.1.2 研究现状 235

6.2 系统模型 236

6.3 问题描述 237

6.4 分布式最小生成树算法 237

6.4.1 生成树的构建 238

6.4.2 链路平均权重最小化 241

6.4.3 算法复杂度分析 242

6.5 基于最小生成树的节点连通度优化算法 242

6.5.1 算法描述 242

6.5.2 算法复杂度分析 244

6.6 仿真结果及分析 244

6.7 小结 249

第7章 空间信息网络多址接入技术 250

7.1 引言 250

7.2 多址方式分类 250

7.3 空间信息网络特点对多址接入的影响 251

7.4 空间信息网络多址接入技术 252

7.4.1 基于竞争的分布式接入控制多址方式 252

7.4.2 基于无冲突的集中式分配多址接入方式 255

7.4.3 混合型多址接入方式 258

7.5 多址技术系统容量 262

7.5.1 FDMA多址系统容量 263

7.5.2 TDMA多址系统容量 263

7.5.3 CDMA多址系统容量 264

7.5.4 纯ALOHA协议的系统容量 265

7.5.5 MF-TDMA多址系统容量 269

7.5.6 NOMA多址系统容量 269

7.6 小结 270

第8章 星上激光／微波混合交换技术 273

8.1 星上电交换技术 275

8.1.1 透明转发方式 275

8.1.2 星上ATM交换 275

8.1.3 星上IP交换 276

8.1.4 星上MPLS交换 277

8.1.5 星上电突发交换 277

8.2 星上波长交换技术 278

8.3 星上光突发交换技术 280

8.3.1 基本原理 280

8.3.2 基于报文突发交换技术的星上交换方式 284

8.3.3 基于Round-Robin的星上光突发交换混合门限组装算法 285

8.3.4 基于突发流的卫星突发交换网络资源预留算法 293

8.3.5 基于突发流的星上光交换核心节点信道算法 299

8.4 星上混合交换技术 302

8.4.1 混合交换概述及应用情况 302

8.4.2 星上混合交换需求分析及研究现状 307

8.5 星上交换所面临的难题与挑战 309

第9章 混合链路中继卫星网络任务调度方法 312

9.1 混合链路中继卫星系统资源调度原理 312

9.1.1 中继卫星网络基本组成 312

9.1.2 混合系统资源调度特点 314

9.2 混合系统静态初始资源调度模型 315

9.2.1 数据中继业务分类 315

9.2.2 静态调度模型参数定义 315

9.2.3 多目标约束规划模型 316

9.3 多目标优化方法 317

9.3.1 多目标优化基本原理 317

9.3.2 多目标问题求解方法 319

9.3.3 优化搜索算法 321

9.4 基于先验信息的静态初始调度算法 322

9.4.1 基于偏好信息的多目标优化策略 322

9.4.2 改进小生境遗传算法设计 324

9.4.3 基于时间窗口更新的调度优化策略 324

9.4.4 基于精英保留的自适应小生境遗传算法 326

9.4.5 调度算法性能 329

9.5 多目标优化的静态资源调度方法 332

9.5.1 基于Pareto优化解的多目标搜索策略 333

9.5.2 改进NSGA-Ⅱ的优化算法设计 334

9.5.3 仿真设计与性能分析 337

9.6 混合链路中继卫星网络抢占式快速动态资源调度方法 340

9.6.1 混合链路中继卫星网络动态资源调度模型 341

9.6.2 抢占式快速动态调度算法 343

9.6.3 基于理想解的多目标决策处理 346

9.6.4 仿真实验与结果分析 348

9.7 基于多目标蚁群算法的数据续传资源调度算法 352

9.7.1 混合链路数据续传约束规划模型 352

9.7.2 基于多目标蚁群算法的模型求解 354

9.7.3 多目标蚁群算法设计 355

9.7.4 仿真实验与结果分析 357

9.8 小结 362

参考文献 363

附录 主要英文缩写 380

索引 385

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