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空间信息网络资源动态配置理论与方法

作者: 杜军

出版社: 清华大学出版社

出版时间: 2022-10

版次: 1

ISBN: 9787302607267

定价: 99.00

装帧: 精装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

分类: 计算机与互联网

2 张插图图片

《空间信息网络资源动态配置理论与方法》围绕空间信息网络中的资源动态优化配置问题展开研究，分别从空间信息网络的协作传输能力增强、业务特性自适应、安全传输与干扰控制以及网络高动态建模与复杂性分析出发，探索了网络稳定性、业务特性、干扰、高动态及复杂性与网络传输性能之间的作用关系，对星间传输中的中继卫星传输资源分配、星地回传过程中地面站的服务传输资源分配、星地-地面混合通信网络中卫星与地面站的波束成形机制与功率分配实现了优化，并对网络的高动态性结构进行建模，实现了对空间信息网络的复杂性挖掘。杜军，女，1988年生，现清华大学电子工程系博士后、助理研究员。2009年6月毕业于北京理工大学，获工学学士学位，2014年6月、2018年6月于清华大学分别获得工学硕士及博士学位。近年来主持国家自然科学基金面上项目、中国博士后基金面上项目、中国博士后特别资助等项目，并参与了多项国家自然科学基金项目、863、军口、国际合作、企业合作等科研项目。先后在国外期刊、会议发表论文50余篇，出版专著2部，申请多项发明专利。获省部级技术发明一等奖1项，以及多项国际通信领域重要会议最佳论文奖，担任多个国际著名期刊及会议的审稿人。第1章  绪论 1

1.1  研究背景 1

1.1.1  卫星发展现状与趋势 1

1.1.2  空间信息网络发展 3

1.2  本书研究的关键问题 7

1.2.1  多星协作传输能力增强 7

1.2.2  多源业务特性自适应 9

1.2.3  安全传输与干扰控制 10

1.2.4  高动态建模与复杂性分析 12

1.3  本书的研究内容 14

1.3.1  基于认知的多星协作传输资源动态配置 15

1.3.2  基于多源业务特性预测的地面资源动态分配 16

1.3.3  基于协作波束成形的星地混合网络安全传输 19

1.3.4  高动态网络时间累积复杂性及其在资源配置的应用 21

1.4  本书的内容安排 24

第2章  基于认知的多星协作传输资源动态配置 26

2.1  引言 26

2.2  系统模型 28

2.2.1  多接入系统排队模型 29

2.2.2  ON/OFF链路通断概率模型 30

2.2.3  信道模型 33

2.3  基于认知的中继协作机制与资源动态分配协议 34

2.3.1  GEO中继卫星带宽资源协作分配协议 35

2.3.2  LEO中继卫星时隙资源协作分配协议 36

2.4  基于系统稳定的中继资源优化分配 37

2.4.1  GEO中继卫星双接入系统稳定域及资源分配 38

2.4.2  LEO中继卫星双接入系统稳定域及资源分配 46

2.4.3  CMA系统稳定域分析方法 57

2.5  仿真分析 57

2.5.1  参数设置 57

2.5.2  系统平均最大稳定吞吐量 58

2.5.3  系统平均队列延迟 61

2.5.4  性能对比 62

2.6  小结 64

第3章  基于多源业务特性预测的地面资源动态分配 66

3.1  引言 66

3.2  系统模型 68

3.2.1  流量模型 69

3.2.2  信道模型 69

3.2.3  预服务模型 70

3.2.4  排队模型 72

3.3  基于离散小波分解的BP神经网络流量预测系统 73

3.3.1  多层小波分解 74

3.3.2  BP神经网络预测 75

3.3.3  DWT-BP流量预测系统设计 77

3.4  基于预测背压的服务资源分配 79

3.4.1  队列动态演化分析 79

3.4.2  基于预测的排队系统队列分析 80

3.4.3  基于背压原理的服务资源分配策略 82

3.5  仿真分析 83

3.5.1  流量模型设置 84

3.5.2  DWT-BP流量预测系统准确性 84

3.5.3  基于PBP的服务资源分配性能 87

3.6  小结 89

第4章  基于协作波束成形的星地混合网络安全传输 91

4.1  引言 91

4.2  系统模型 93

4.2.1  信道模型 94

4.2.2  接收信号模型 96

4.2.3  信号与干扰加噪声比 97

4.2.4  安全传输速率 98

4.3  基于星地安全传输的波束成形 99

4.3.1  非协作安全传输波束成形 99

4.3.2  协作安全传输波束成形 100

4.4  波束成形优化问题求解 101

4.4.1  优化问题可行解法 101

4.4.2  基于路径追踪的二次规划算法 102

4.4.3  ICPSO算法有效性分析 110

4.4.4  ICPSO算法计算复杂度分析 111

4.5  仿真分析 112

4.5.1  参数设置 112

4.5.2  算法收敛性 113

4.5.3  搭载天线数对系统传输性能影响 115

4.5.4  算法复杂度 117

4.6  小结 118

第5章  高动态网络时间累积复杂性及其在资源配置的应用 120

5.1  引言 120

5.2  空间信息网络高动态建模 122

5.2.1  时变图模型 122

5.2.2  研究动机：空间信息网络高动态性分析 123

5.3  基于时间累积时变图的空间信息网络复杂性分析 125

5.3.1  传统复杂特性分析 125

5.3.2  空间信息网络时间累积时变图建模 127

5.3.3  基于C-TVG的空间信息网络复杂性分析 127

5.3.4  基于复杂特性的空间信息网络C-TVG生成 129

5.4  基于C-TVG的复杂性分析在空间信息网络中的应用 131

5.5  仿真分析 132

5.5.1  参数设置 132

5.5.2  空间信息网络C-TVG复杂性 132

5.5.3  安全场景应用 136

5.6  小结 138

第6章  结论与展望 140

6.1  主要结论和创新点 140

6.2  研究展望 142

6.3  心得体会 144

参考文献 146

在学期间发表的学术论文与研究成果 161

致谢 164
内容简介:
《空间信息网络资源动态配置理论与方法》围绕空间信息网络中的资源动态优化配置问题展开研究，分别从空间信息网络的协作传输能力增强、业务特性自适应、安全传输与干扰控制以及网络高动态建模与复杂性分析出发，探索了网络稳定性、业务特性、干扰、高动态及复杂性与网络传输性能之间的作用关系，对星间传输中的中继卫星传输资源分配、星地回传过程中地面站的服务传输资源分配、星地-地面混合通信网络中卫星与地面站的波束成形机制与功率分配实现了优化，并对网络的高动态性结构进行建模，实现了对空间信息网络的复杂性挖掘。
作者简介:
杜军，女，1988年生，现清华大学电子工程系博士后、助理研究员。2009年6月毕业于北京理工大学，获工学学士学位，2014年6月、2018年6月于清华大学分别获得工学硕士及博士学位。近年来主持国家自然科学基金面上项目、中国博士后基金面上项目、中国博士后特别资助等项目，并参与了多项国家自然科学基金项目、863、军口、国际合作、企业合作等科研项目。先后在国外期刊、会议发表论文50余篇，出版专著2部，申请多项发明专利。获省部级技术发明一等奖1项，以及多项国际通信领域重要会议最佳论文奖，担任多个国际著名期刊及会议的审稿人。
目录:
第1章  绪论 1

1.1  研究背景 1

1.1.1  卫星发展现状与趋势 1

1.1.2  空间信息网络发展 3

1.2  本书研究的关键问题 7

1.2.1  多星协作传输能力增强 7

1.2.2  多源业务特性自适应 9

1.2.3  安全传输与干扰控制 10

1.2.4  高动态建模与复杂性分析 12

1.3  本书的研究内容 14

1.3.1  基于认知的多星协作传输资源动态配置 15

1.3.2  基于多源业务特性预测的地面资源动态分配 16

1.3.3  基于协作波束成形的星地混合网络安全传输 19

1.3.4  高动态网络时间累积复杂性及其在资源配置的应用 21

1.4  本书的内容安排 24

第2章  基于认知的多星协作传输资源动态配置 26

2.1  引言 26

2.2  系统模型 28

2.2.1  多接入系统排队模型 29

2.2.2  ON/OFF链路通断概率模型 30

2.2.3  信道模型 33

2.3  基于认知的中继协作机制与资源动态分配协议 34

2.3.1  GEO中继卫星带宽资源协作分配协议 35

2.3.2  LEO中继卫星时隙资源协作分配协议 36

2.4  基于系统稳定的中继资源优化分配 37

2.4.1  GEO中继卫星双接入系统稳定域及资源分配 38

2.4.2  LEO中继卫星双接入系统稳定域及资源分配 46

2.4.3  CMA系统稳定域分析方法 57

2.5  仿真分析 57

2.5.1  参数设置 57

2.5.2  系统平均最大稳定吞吐量 58

2.5.3  系统平均队列延迟 61

2.5.4  性能对比 62

2.6  小结 64

第3章  基于多源业务特性预测的地面资源动态分配 66

3.1  引言 66

3.2  系统模型 68

3.2.1  流量模型 69

3.2.2  信道模型 69

3.2.3  预服务模型 70

3.2.4  排队模型 72

3.3  基于离散小波分解的BP神经网络流量预测系统 73

3.3.1  多层小波分解 74

3.3.2  BP神经网络预测 75

3.3.3  DWT-BP流量预测系统设计 77

3.4  基于预测背压的服务资源分配 79

3.4.1  队列动态演化分析 79

3.4.2  基于预测的排队系统队列分析 80

3.4.3  基于背压原理的服务资源分配策略 82

3.5  仿真分析 83

3.5.1  流量模型设置 84

3.5.2  DWT-BP流量预测系统准确性 84

3.5.3  基于PBP的服务资源分配性能 87

3.6  小结 89

第4章  基于协作波束成形的星地混合网络安全传输 91

4.1  引言 91

4.2  系统模型 93

4.2.1  信道模型 94

4.2.2  接收信号模型 96

4.2.3  信号与干扰加噪声比 97

4.2.4  安全传输速率 98

4.3  基于星地安全传输的波束成形 99

4.3.1  非协作安全传输波束成形 99

4.3.2  协作安全传输波束成形 100

4.4  波束成形优化问题求解 101

4.4.1  优化问题可行解法 101

4.4.2  基于路径追踪的二次规划算法 102

4.4.3  ICPSO算法有效性分析 110

4.4.4  ICPSO算法计算复杂度分析 111

4.5  仿真分析 112

4.5.1  参数设置 112

4.5.2  算法收敛性 113

4.5.3  搭载天线数对系统传输性能影响 115

4.5.4  算法复杂度 117

4.6  小结 118

第5章  高动态网络时间累积复杂性及其在资源配置的应用 120

5.1  引言 120

5.2  空间信息网络高动态建模 122

5.2.1  时变图模型 122

5.2.2  研究动机：空间信息网络高动态性分析 123

5.3  基于时间累积时变图的空间信息网络复杂性分析 125

5.3.1  传统复杂特性分析 125

5.3.2  空间信息网络时间累积时变图建模 127

5.3.3  基于C-TVG的空间信息网络复杂性分析 127

5.3.4  基于复杂特性的空间信息网络C-TVG生成 129

5.4  基于C-TVG的复杂性分析在空间信息网络中的应用 131

5.5  仿真分析 132

5.5.1  参数设置 132

5.5.2  空间信息网络C-TVG复杂性 132

5.5.3  安全场景应用 136

5.6  小结 138

第6章  结论与展望 140

6.1  主要结论和创新点 140

6.2  研究展望 142

6.3  心得体会 144

参考文献 146

在学期间发表的学术论文与研究成果 161

致谢 164

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