第３０卷第７期 文章编号：１００６—９３４８（２０１３）０７一ｏｏ６４—０４ 计算机仿真 ２０１３年７月 卫星通信网建模与仿真方法研究 郑 艺，王玉文，孟凡计 （电子科技大学航空航天学院，四川成都６１ １７３１） 摘要：研究卫星通信网络建模覆盖优化问题，传统的卫星网络仿真只通过卫星软件建立轨道模型，继而将轨道数据导入到网 络中，并不能全面地考虑自由空间损耗、天线和收发机模型等因素。为了解决上述问题，提出了一种基于ＱｕａｌＮｅｔ与ＳＴＫ的 卫星通信网络建模与仿真方法，进行对区域性卫星通信网络实例的建模与仿真。通过实例的时延性能，分析了平均端到端 时延和时延抖动的性能指标，仿真结果验证了模型的正确性。最后证明了新建模仿真方法的合理性和有效性。 关键词：卫星通信网；建模；网络仿真；卫星工具包；时延性能 中图分类号： ｒＰ３９３ 文献标识码：Ｂ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ＺＨＥＮＧ Ｙｉ．ＷＡＮＧ Ｙｕ—ｗｅｎ。ＭＥＮＧ Ｆａｎ—ｊｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１ １７３１，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｊｕｓｔ ｂｙ ＳＴＫ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｏｒｂｉｔ ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｏｒｂｉｔ ｄａｔａ ｉｓ ｉｍｐｏｓｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ ｌｏｓｓ，ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ ｒｅｐｅａｔｅｒ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ ａｒｅ ｎｏｔ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＱｕａｌＮｅｔ ａｎｄ ＳＴＫ，．Ｔｈｅｎ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘ－ ａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗａｓ ｇａｉｎｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｅｎｄ－ｔｏ—ｅｎｄ ｄｅｌａｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｉｉｔｔｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｃｏｒｒｅｃｔ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；Ｍｏｄｅｌｉｎｇ；Ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＳＴＫ；Ｄｅｌａｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ １ 引言 随着卫星通信网络的发展，对于卫星通信网络的建模仿 真研究也逐渐深人，而网络仿真软件都只是对数据链路层及 以上各层地网络协议建模有理想的效果，但都不能全面地考 ｃｈａｅｌ Ｅｎｄｒｅｓ ］邹琪 等人做出了一些改进，增加了对底层 、的建模与仿真，但这些方法都有一些不足之处。首先，这些 方法用两种仿真软件分别对空间环境和通信网进行建模仿 真，是分别独立的建模过程，没有实现很好的集成与统一；其 虑物理层中的自由空间损耗、天线和转发器模型等因素，也 不能对卫星轨道进行建模。 次，有些方法只是完成了轨道建模，对通信链路的建模能力 不强。 流行的网络仿真软件，例如ＯＰＮＥｒ、ＮＳ一２、ＱｕａｌＮｅｔ…等， 本文提出了ＱｕａｌＮｅｔ和ＳＴＫ的混合仿真方法，能够对空 包含了一些用于通信链路建模的简单传播模型和天线模型， 但在可调参数空间的广度上较欠缺，而卫星工具包（ＳＴＫ） 在对卫星通信链路的建模仿真上有着突出的优势，但它只能 对物理层链路建模，不能对网络协议建模仿真。因此要完整 间环境因素、天线与转发器建模，基本解决了卫星通信网物 理层的建模，并且实现了从底层到高层建模与仿真的集成与 统一。 的解决卫星通信网建模仿真的问题就有必要将这两类软件 结合起来。 ２卫星网络建模 卫星通信系统按照覆盖区域可以分为三类，即全球卫星 通信系统、国内卫星通信系统和区域卫星通信系统。针对我 国的经济发展实际与网络维护成本的因素，区域性卫星网络 较适合我国实际发展需求，因此本文主要研究区域性覆盖的 目前，国内外许多研究人员对此问题进行了探索，ｓ．Ｍｉ一 收稿日期：２０１２—０９—１１修回日期：２０１２—１０—３１ －－－——６４－－－－—— 卫星网络建模。 ２．１区域性卫星网络概述 由开普勒第一定律可知，在极坐标系中卫星运动方程写 成： 一 （１） 依据卫星轨道高度，可以将区域性覆盖卫星通信系统分 为地球同步轨道（ＧＥＯ）系统、中轨（ＭＥＯ）系统、低轨（ＬＥＯ） 系统三类。 由开普勒第二定律可知，可以导出卫星在轨道上任意位 置的瞬时速度为： 区域性卫星通信系统与其它类卫星通信系统一样，分为 空间段，地面段和用户段三部分，共同组成一个综合通信系 统，其架构如图１。 地面段 用户端 图１ 区域性覆盖的卫星通信系统架构示意图 ２．１．１ ＧＥＯ系统 地球同步轨道卫星高度为３５７８６ｋｍ，覆盖范围大，卫星 数量相对其它系统少，只需要三颗同步地球轨道卫星就基本 上可以实现除南北极地区外的全球覆盖。网络拓扑结构简 单，但是由于距离过长，使得传输损耗过大。 ２．１．２ ＭＥＯ系统 ＭＥＯ系统的轨道高度在１００００—２００００ｋｉｎ，较地球同步 轨道低，覆盖范围有所减小，所需的卫星数目较ＧＥＯ系统有 所增加，在通信过程中会有链路切换，但不频繁，通信链路较 稳定。本文仿真实例中的ＭＥＯ系统采用的是赤道轨道星 座。可提供南北纬度相同区间的覆盖，实现低纬度区域的覆 盖。该星座的最大优点就是卫星数目较少，结构简单，易于 建立星际链路、组网方便。 ２．１．３ ＬＥＯ系统 低轨卫星通信系统中的卫星高度范围为５００～２０００ｋｉｎ， 由于轨道高度低，每颗卫星的覆盖范围小，因而要达到覆盖 的设计要求，就需要比其它两类卫星系统更多的卫星。该系 统的主要特点是路径损耗小，通信链路切换频繁，过顶时长 最大不超过２Ｏ分钟 Ｊ。ＬＥＯ系统大都采用近极轨道星座或 倾斜圆轨道星座两种。著名的Ｉｒｄｉｕｍ，、Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ系统都是 ＬＥＯ通信系统。 ２．２卫星节点模型 根据仿真需要和卫星网络组成，卫星节点仿真模型主要 有：轨道运行仿真模型，卫星有效载荷仿真模型。 ２．２．１卫星轨道建模 卫星轨道位置可以采用六个参数来描述，包括半长轴ａ、 偏心率ｅ、倾角ｉ、升交点的右旋升交点赤经Ｑ、近地点幅角 （Ｉ）、时间ｔ 。卫星轨道建模方程可由开普勒三大定律导出。 ｒ）＝ （ 一÷） （２） 由开普勒第三定律，卫星的运行周期为： Ｔ＝２仃＾／Ｖ 旦＿ （３） 因此，只要确定卫星的轨道和初始时刻的位置，就可以 根据以上三式计算出卫星在任意时刻的位置。 ２．２．２卫星有效载荷建模 通信卫星有效载荷的建模主要包括天线模型和转发器 模型。 天线建模主要是建立天线方向图模型和天线增益模 型。简单天线方向图建模采用方向图解析函数计算的方法； 复杂天线方向图的建模采用计算其增益数据，形成方向图增 益数据矩阵；天线增益建模采用天线方向增益函数计算的方 法。 转发器建模包括端口建模和数据处理建模。端口模型 分为发送和接收两部分，主要考虑发送功率和馈人功率。数 据处理单元模型建模参数包括：端口带宽、端口速率等。 ２．３ 自由空间损耗建模 在卫星通信网络中，通信节点之间距离远，损耗大，有必 要对自由空间的损耗ＦＳＬ进行建模，其可以表示为： ［ＦＳＬ］＝３２．４＋２０１ｏｇｒ＋２０１ｏｇｆ （４） 其中，ｒ为收发节点间距离，单位为ｋｍ 为频率，单位为 ＭＨｚ；［ＦＳＬ］的单位为ｄＢ。 ３ ＱｕａｌＮｅｔ与ＳＴＫ混合仿真设计方法 ３．１ ＱｕａｌＮｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ概述 ＳＴＫ中的ＳＴＫ／Ｃｏｍｍｕｎｉｅａｔｉｏｎ模块通过ＱｕａｌＮｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ 引入与ＱｕａｌＮｅｔ的互操作，提供了一种通信网络建模与仿真 的解决方案。ＱｕａｌＮｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ结合了ＱｕａｌＮｅｔ的网络协议 建模和ＳＴＫ的卫星通信链路建模，可以创建一个完整的卫星 通信网络的实际场景。接口实现了ＱｕａｌＮｅｔ物理层模型和 ＳＴＫ天线对象之间数据的交换，结合了各自优势。通过此接 口，不仅可以应用ＱｕａｌＮｅｔ完善的网络协议，而且可以利用 ＳＴＫ中的天线模型和传播模型。ＱｕａｌＮｅｔ与ＳＴＫ的互操作流 程如图２。 ３．２混合仿真设计流程 首先，在ＳＴＫ环境中添加卫星和地面通信节点，配置卫 星轨道参数，给卫星和收发节点添加天线、收发机等对象，并 设置其频率等参数，设置卫星星座并配置通信链路。然后运 行ＱｕａｌＮｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，生成场景配置文件和Ｑｉｍａｐ文件，在 一６５— ＱｌｕＩＩＮ￣Ｉ１ 目 Ｅ－∞ Ｏａｔｌｌｑ￣ｔＩｎｔｔａ＇ｆｓｅ￣ 麓进 接收 圜ＳＴＫ在中Ｑ的天ｔｌｄＮ境模ｅｔｌｎ型和ｌａ 中传擅使用模型 舞可以 Ｆ．－－ｑ ． ± ． 所有Ｉ竺！苎Ｉ—＿＿土一．。 －Ｉ苎竺苎Ｉ ｌ １ Ｉｒ ——Ｍ＾ Ｌ．＿１ ｃ屡Ｉ一 ｌ ｌ ｉ －－－＂１竺ｌ １Ｉ．： Ｉ荐耄嚣卜 ＿ ｛：嚣恒 ：Ｉ・调捌方式ｌ ｌ‘增益ｌ Ｉ‘啦ｌ ．‘ Ｉ图２ Ｑｕ￣Ｎｅｔ与ＳＴＫ互操作流程图 ＱｕａｌＮｅｔ环境中配置节点的路由协议和传送层协议，配置各 个接口的物理层和网络层参数、ＭＡＣ协议、路由协议，建立 子网、链路和配置应用层参数。最后运行ＱｕａｌＮｅｔ，生成统计 量文件，得到平均端到端时延、延时抖动、吞吐量等网络仿真 统计量的结果。混合仿真的设计工作流程，如图３。 图３ ＱｕａｌＮｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ用户工作框图 ４建模与仿真实例 该仿真实例分别设置了ＧＥＯ、ＭＥＯ、ＬＥＯ三种区域性卫 星通信网络。分别对其进行仿真，并对时延性能的仿真结果 进行分析。 ４．１卫星系统的设置 三个场景的仿真时间一致，开始时间是９ Ｊｕｌ ２０１２ ０４： ０ｏ：Ｏ０．０００ ＵＴＣＧ，结束时间是９ Ｊｕｌ ２０１２ ０４：３３：２０．ＯＯ０ ＵＴＣＧ，仿真时间为２０００ｓ。 仿真实例场景设置步骤如下： １）卫星星座设置 由于中国所处的范围为北纬４度到５４度、东经７Ｏ度到 １４０度，那么卫星系统设计要满足对这个区域进行有效覆盖。 ＧＥＯ系统设计为一颗ＧＥＯ卫星，定位于东经１１０度。 ＭＥＯ系统设计为赤道轨道星座，轨道面高度为ｌＯ０００ｋｍ，轨 道面内有６颗各相距６０度的卫星。ＬＥＯ系统设计为有三个 倾角为４２度的轨道面，轨道高度为１３２６ｋｍ，相邻轨道面间 相距１２０度，每个轨道面内有８颗均匀分布的卫星。经过验 证，三个卫星系统经过验证都可以对中国的区域进行很好的 覆盖 －７］，满足设计要求。在ＳＴＫ中按照以上的数据设置三 个仿真场景，分别为ＧＥＯ、ＭＥＯ、ＬＥＯ系统，卫星网络拓扑图 如图４。 一６６一 地 图４ ＧＥＯ、ＭＥＯ、ＬＥＯ卫星网拓扑图 ２）设置地面站与飞行器 地面站Ｂｅｉｊｉｎｇ节点位于北纬３９．９度、东经１１６．３度；临 近空间飞行器ＮＳＶ节点飞行高度２５ｋｍ，以速度６０ｍ／ｓ由北 纬７．１０度、东经１０９．２４度向北纬５．４９度、东经１０９．４８度飞 行。 ３）通信链路设置 在各通信节点上设置感应器、收发机、转发器、天线等对 象，并且地面站与卫星节点的接收机类型选取复杂接收机模 型，临近空间飞行器节点的发射机类型选取ｃｏｍｐｌｅｘ ｔｒａｎｓｍｉｔ． ｔｅｒ模型，卫星节点的发射机类型选取ｃｏｍｐｌｅｘ ｒｅ—ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ 模型，选取天线类别为Ｇａｕｓｓｉａｎ，设置天线工作频率为１４． ５ＧＨｚ，其它参数为默认值。在每个场景中都添加对象星座， 将各自场景中的卫星都添加到对应的星座中，再通过添加对 象ｃｈａｉｎ，完成ＮＳＶ节点通过卫星网络与地面站节点间的通 信链路设置。 ４）通信网络参数设置 通过ＱｕａｌＮｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ模块，在ＱｕａｌＮｅｔ的环境中设置网 络参数，ＮＳＶ节点以发送速率恒定的数据传输（ＣＢＲ）发送信 息给地面站节点，数据包大小为２００Ｂｙｔｅ，仿真时长２ＯＯ０ｓ，数 据源启动时刻为１０ｓ，发送数据包间隔时长ｌＯＯｍｓ，星地链路 带宽都为３Ｍｂｐｓ，卫星移动通信网络的ＭＡＣ层采用ＴＤＭＡ 多址方式，路由协议采用ＯＳＰＦ协议，传送层选取ＵＤＰ协议。 ４．２仿真结果及分析 在Ｑｕａｌｎｅｔ中分别运行ＧＥＯ、ＭＥＯ、ＬＥＯ卫星系统的仿真 场景，分别取５次的实验结果，并取算术平均值作为各自系 统仿真的实验结果，得到各自系统的平均端到端时延和平均 延时抖动，如图５、图６。 ｛ 憾 鲁 磐 丽 辨 露 图５卫星通信系统平均端到端时延 在网络仿真中定义端到端时延如下 ２４９ ｓ眦、嚣隶 留露 ： ＝２ ， ０ ｌ 蓦 嘉： ｓ —■—一 Ｏ ２００ ４００ ６００ ８０（） １０００ ｌ２（１０ Ｉ４００ Ｉ６Ｏ０ １ ８００ ２０００ ＧＥＯ系统 ＭＥＯ系统ＬＥＯ系统 仿真时间／Ｓ 图６卫星通信系统平均延时抖动 图８ ＧＥＯ系统端到端时延图像 ＝ ＋ ＋ Ｓｉｚｅ／Ｂ （５） （６） 节点与ＮＳＶ节点的移动，时延是近乎连续变化着的，但是当 其中， 为传播延迟， 为传输延迟， 为处理延迟。 ＝通信链路发生切换时，由于通信链路突变的原因，端到端时 延也在此刻发生跳变。如图９一图１２。 因为三个卫星通信系统的星地链路的带宽都为３Ｍｂｐｓ， ＮＳＶ节点发送的数据包都为２００Ｂｙｔｅ，并且该仿真实例中的 跳数都为两跳，使得传输延迟 相等，所以平均端到端时延 相对大小由传播延迟 决定。由仿真结果可知，因ＧＥＯ系 统的卫星轨道过高，平均端到端时延达到了２４８．２２７ｍｓ。而 ＭＥＯ与ＬＥＯ系统的卫星轨道高度都低于ＧＥＯ系统，所以平 均端到端时延都较小，其中ＬＥＯ系统达到２７．２４３ｍｓ，是三类 ∞Ⅲ／敏苗释薷释 舳伸他＂％ Ｎ竹住 卫星通信网络中端到端时延性能最好的。 由图６可知，ＬＥＯ系统的平均延时抖动数值最大，ＧＥＯ 图９ ＭＥＯ系统对象接入时间图像 系统的值最小，ＭＥＯ系统介于两者之间。这是因为ＬＥＯ系 统中的卫星运动速度快、通信链路切换最为频繁，所以平均 延迟抖动就会最大。而ＧＥＯ系统相对地球保持静止，链路 从未切换，所以平均延时抖动最小。ＭＥＯ系统的链路切换 频率介于两者之间，所以平均延时抖动处于ＬＥＯ与ＧＥＯ系 统之间。 通过提取５次ＧＥＯ、ＭＥＯ、ＬＥＯ系统网络仿真过程中每 个数据包的端到端时延，分别取算术平均值作为实验结果， 得到各自系统每个数据包的端到端时延图像，并与ＳＴＫ软件 图１０ ＭＥＯ系统端到端时延图像 导出的对象接入图像做比较，可以发现链路的切换与端到端 时延的变化有重要的联系。 ＧＥＯ系统在仿真过程中，通信链路未发生切换，端到端 时延一直保持在平稳状态，如图７、图８。 Ｂｅｉｊｉｎｇ ｌ ； ＧＥＯ ＮＳＶ 图１１ ＬＥＯ系统对象接入时间图像 ４：ｌ０ ４：１５ ４：２０ ４：２５ ４：３０ Ｔｉｍｔ（ｔｒｒｃＧ） 由图９与图１１可得出，ＭＥＯ系统与ＬＥＯ系统在仿真的 ＧＥＯ系统对象接入时间图像 过程中通信链路分别发生了一次和两次切换，由此验证了 ＥＯ系统的切换比ＭＥＯ系统更加频繁。并且图１１中含有 Ｌ在ＭＥＯ与ＬＥＯ系统的仿真过程中，端到端时延分别发 生了一次和两次跳变，而这个跳变的时刻与通信链路切换时 刻恰好一致。这是因为在链路保持不变的情况下，随着卫星 一个通信链路由建立到中断的全周期，时间为１４．９０７分钟， （下转第１００页） 一这与ＬＥＯ卫星的理论过顶时间相一致＿８ Ｊ。 ６７一 马静敏，任勇生，姚文莉．复合材料封闭变截面薄壁梁自由振 １Ｊ ［９］ Ｗａｎｇ Ｋｍｈｏｎｇ，Ｊ Ｄａｎｉｅ１．Ｉｎｍａｎ，Ｃｈａｄｅｓ Ｒ．Ｆａｒｒａｒ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｎｄ ａａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ ｃｒａｃｋｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｂｅａｍ ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｉｎ 动分析［Ｊ］．振动与冲击，２０１２，（１４）：１１７—１２３． １Ｊ １Ｊ １ Ｊ １Ｊ Ｊ Ｒ Ｂａｎｅｒｊｅｅ．Ｆ Ｗ Ｗｍｉａｍｓ．Ｆｒｅｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｅａｍｓ— ｃｏｕｐｌｅｄ ｂｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｏｒｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｎｄ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ２８４，２００５：２３－４９． ａｎ ｅｘａｃｔ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ｓｙｍｂｏｌｉｃ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ Ａｉｗｒａｆｔ １９９５， ３２：６３６－４２． Ｊ Ｒ Ｂａｎｅｒｊｅｅ，Ｈ Ｓｕ，Ｃ Ｊａｙａｔｕｎｇ．Ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｅｌｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｆｒｅｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｅａｍｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ａｉｒ－ ［作者简介］ 肖艳平（１９８０一），女（汉族），河北唐山人，讲师，博 士研究生，从事飞行力学及结构动力学研究； ｃｒａｆｔ ｗｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ８６，２００８：５７３－５７９． 陈桂彬，邹丛青，杨超．气动弹性设计基础［Ｍ］．北京：北京航 空航天大学出版社，２００４：６４—６７． 、杨翊仁（１９５９一），男（汉族），贵州人，教授，博士，从 事流致振动与结构动力学研究； Ｃ Ｗ Ｂｅｒｔ ａｎｄ Ｍ Ｍａｌｉｋ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｃｏｍｐｕｔａ— ’刘志强（１９８４一），男（汉族），山东淄博人，讲师，主 要研究领域为飞行力学。 ｔｉｏｎａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ：Ａ ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ａｐｐ１．Ｍｅｃｈ．Ｒｅｖ．，１９９６，４９ （１）：１—２７． （上接第６７页） 参考文献： ［１］ 徐洋，徐兵，王莹．基于ＱｕａｌＮｅｔ的战术数据链协议跨层通信机 制［Ｊ］．计算机仿真，２００８，２５（６）：１０－１３． ［２］张彩娟．ＳＴＫ及其在卫星系统仿真中的应用［Ｊ］．无线电通信 技术，２００７，３３（４）．４５－４６． ［３］ Ｓ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｅｎｄｒｅｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｐａｃｅ Ｎｅｔｗｏｒ－ ｋｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｄ］．Ｃａｓｅ Ｗｅｓｔｅｒｎ Ｒｅｓｅｒｖｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊａｎｕａｒｙ ２００５． 图１２ ＬＥＯ系统端到端时延图像 ［４］ Ｚｏｕ Ｑｉ，Ｂａｉ ＹｕＢｉｎ，Ｊｕ ＹａｎＷｅｎ．ＰＳＯＳ：Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｓｉｍｕｌａ— ｔｉｏｎ Ｐｌａｆｔｏｒｍ ｆｏｒ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｃ］．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，Ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ 仿真结果表明，ＧＥＯ系统端到端时延最大，但通信链路 拓扑最为稳定，不会发生链路的切换，时延保持在稳定的状 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００７： ２４６—２５１． 态，所以ＧＥＯ系统对于传输视频信息最具优势，但音频交互 数据的性能不佳。ＬＥＯ系统的拓扑变化相对ＧＥＯ、ＭＥＯ系 ［５］ｓ Ｄ Ｈｃｅｖ．Ｌｏｗ Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔｓ（ＬＥＯ）［ｃ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｔｅｌｅ— ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＣｒｉＭｉＣｏ），２０１０ ２０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｒｉｍｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２０１０：４０６—４０８． 统来说最为频繁，但其变化呈现周期性，部分降低了通信链 路建立的难度，并且其端到端时延最小，虽然时延抖动较大， ［６］ 陆文庆，潘成胜．区域性覆盖的卫星轨道和星座设计［Ｊ］．火 力与指挥控制，２００７，３２（１）：７３—７６． 最大值达到７ｍｓ，但完全满足音频数据传输的要求。ＭＥＯ系 统的拓扑稳定性较ＧＥＯ系统稍差，但是比ＬＥＯ系统稳定许 多，时延的整体性能处于ＧＥＯ与ＬＥＯ系统之间。总的来说， ［７］ 张九龙，酆广增．我国移动卫星星座设计、覆盖分析及动态仿 真［Ｊ］．南京邮电学院学报，２００２，２２（２）：１ｌ－１５． ［８］ Ｙｏｕｎｅｓ Ｓｅｙｅｄｉ，Ｓｅｙｅｄ Ｍｏｓｔａｆａ Ｓａｆａｒｉ．Ｏｎ ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｒａｎｄｏｍ Ｃｏｖｅｒａｇｅ Ｔｉｍｅ ｉｎＭｏｂｉｌｅ ＬＥＯ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］． Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ．ＩＥＥＥ．２０１２：６１２—６１５． 在三类卫星通信系统中，ＧＥＯ系统时延抖动性能最优，ＬＥＯ 系统端到端时延性能最具优势。 ５结束语 本文提出了一种基于ＱｕａｌＮｅｔ与ＳＴＫ的卫星通信网建 模与仿真方法，通过在ＳＴＫ中对卫星轨道、卫星有效载荷、自 由空间损耗建模，解决了对卫星通信网络物理层细致建模的 郑［作者简介】 艺（１９８８一），男（汉族），河北省保定人，硕士研 究生，主要研究方向为无线通信网络； 王玉文（１９６２一），男（汉族），吉林省人，副教授，主 要研究方向为微波与通信导航测试； 要求。并且实现了从底层到高层建模仿真的集成与统一。仿 真结果表明，此方法对于卫星通信网络建模与仿真具有可行 性与正确性。 ０ 孟凡计（１９８０一），男（汉族），四川省成都人，讲师， 主要研究方向为无线通信网。 一ｌ００一