國之重器出版工程 空間信息網絡無線資源管理與優化

空間信息網絡（SIN）是一種由分佈在不同高度、攜帶探測、通信載荷的衛星和其他空間節點（如空間飛行器、空中和地面站點、移動和固定設備端等）構成的，通過動態建鏈組網，實時獲取、傳輸、處理海量數據，實現空間信息體系化應用的綜合信息基礎設施。本書介紹了SIN的概念內涵、關鍵技術和研究現狀，闡述了SIN無線資源管理與優化的意義和理論基礎，並從SIN的多衛星中繼網絡資源優化、認知接入網絡資源分配、協同覆蓋網絡資源配置、衛星通信子網絡資源優化4個方面研究了SIN的無線資源管理與優化問題，提出了相關場景的無線管理架構和機制、優化算法及無線資源分配效用評估方法，利用模擬實驗驗證了所提出的無線資源管理機制、優化算法的可行性和有效性。

本書適合從事空間信息網絡建模與組網模擬軟件開發的人員閱讀，可供衛星通信、無線通信與傳輸技術、空間信息網絡等領域科研人員參考閱讀，也可以作為信息與通信工程相關專業的高年級本科生和研究生的教材和輔助讀物。

第 1章 緒論 001
1.1 空間信息網絡的發展概述 002
1.2 空間信息網絡基本概念 007
1.3 空間信息網絡中的主要關鍵技術 010
1.3.1 空間信息網絡結構的設計與優化 011
1.3.2 空間信息高速高可靠傳輸理論與方法 012
1.3.3 空間信息的稀疏表徵與融合處理 016
1.4 研究展望 017
參考文獻 018

第 2章 衛星網絡與SIN中的無線資源管理綜述 023
2.1 引言 024
2.2 衛星網絡無線資源優化技術研究現狀 025
2.2.1 時頻資源分配 025
2.2.2 功率分配與控制 027
2.2.3 呼叫接納控制與切換算法 028
2.2.4 跨層資源管理 029
2.3 SIN中無線資源管理研究現狀 032
2.3.1 SIN中無線資源管理的意義 032
2.3.2 多星協同中繼網絡中的資源優化技術 036
2.3.3 認知接入網絡中的資源分配技術 038
2.3.4 協同覆蓋網絡的資源管控技術 039
2.3.5 衛星子網絡的資源分配技術 041
2.4 現有研究存在的不足 042
2.5 本章小結 044
參考文獻 044

第3章 空間信息網絡無線資源優化基礎 053
3.1 引言 054
3.2 SIN的無線資源多維約束空間劃分 055
3.3 SIN的無線資源共享與調度 058
3.3.1 SIN的無線資源共享 058
3.3.2 SIN的無線資源調度 059
3.4 SIN的上行無線資源配置 061
3.4.1 SIN的上行功率控制與帶寬分配 061
3.4.2 SIN的呼叫接納控制 065
3.5 SIN的下行無線資源優化 066
3.5.1 基於下行網絡整體性能優化的資源分配 066
3.5.2 面向用戶的SIN下行無線資源優化 067
3.6 本章小結 068
參考文獻 068

第4章 空間信息網絡模型與骨乾網絡負載優化 071
4.1 引言 072
4.2 空間信息網絡與資源管理架構 073
4.2.1 基於DSC的空間信息網絡 074
4.2.2 DSCN資源管理架構 078
4.3 骨乾網負載優化 080
4.3.1 多星中繼模型 080
4.3.2 多星中繼負載優化問題 083
4.4 基於對偶迭代的多星負載均衡優化算法 085
4.4.1 場景1下的對偶域閉合解 087
4.4.2 場景2下的對偶域閉合解 091
4.4.3 基於PF的多星負載對偶迭代優化算法 092
4.5 模擬結果與分析 097
4.5.1 場景1下的模擬結果 098
4.5.2 場景2下的模擬結果 100
4.6 本章小結 103
參考文獻 104

第5章 基於合作博弈的認知接入區域上行資源分配 107
5.1 引言 108
5.2 系統模型與問題描述 111
5.2.1 認知區域網絡上行模型 111
5.2.2 單星資源管理架構與資源分配問題 114
5.3 基於合作博弈的資源分配模型 116
5.3.1 議價博弈理論基礎 116
5.3.2 合作資源分配博弈 118
5.4 基於納什議價博弈的合作資源博弈優化 120
5.4.1 對偶問題及其閉合解 121
5.4.2 拉格朗日乘因子更新 125
5.4.3 合作資源分配算法 126
5.5 模擬結果與分析 128
5.5.1 合作資源分配算法的性能分析 130
5.5.2 與現有研究中典型算法的比較 133
5.6 本章小結 136
參考文獻 137

第6章 DSCN上下行功率聯合控制 141
6.1 引言 142
6.2 DSCN功率控制問題 143
6.2.1 功率控制模型的建立 144
6.2.2 聯合功率控制問題的難點分析 146
6.3 上下行聯合功率控制方法 147
6.3.1 初始發射功率預置 147
6.3.2 鏈路衰減預測算法 149
6.3.3 多級參數調整算法 151
6.4 聯合功率控制算法的流程 152
6.5 模擬結果與分析 153
6.6 本章小結 156
參考文獻 157

第7章 基於Pareto優化的DSCN下行資源優化 159
7.1 引言 160
7.2 系統模型與問題描述 163
7.2.1 DSCN下行鏈路模型 164
7.2.2 聯合資源分配問題建模 165
7.3 問題復雜度分析與Pareto優化模型 168
7.3.1 三維裝箱問題模型和NP難特性 168
7.3.2 Pareto優化與Pareto-front 170
7.4 基於二維動態免疫克隆算法的聯合資源分配 171
7.4.1 基於空間均分的初始化方法和克隆算子 172
7.4.2 模4非一致性變異算子 173
7.4.3 二維抗體選擇和更新方法 175
7.4.4 時隙與功率聯合分配過程 177
7.5 模擬結果與分析 180
7.5.1 TDICA性能分析 182
7.5.2 MOA與SOA的性能比較 187
7.6 本章小結 191
參考文獻 192

第8章 非完全CSI條件下SIN衛星子網絡下行資源調整 197
8.1 引言 198
8.2 系統模型與問題建模 200
8.2.1 空間信息網絡下行單星系統模型 200
8.2.2 資源調整優化問題建模 203
8.3 問題簡化與分析 204
8.3.1 非完全CSI的簡化表徵 204
8.3.2 凸優化問題證明 206
8.4 SIN下行功率調整與時隙分配 208
8.4.1 對偶問題與閉合解 208
8.4.2 對偶更新 210
8.4.3 功率調整與時隙分配算法 213
8.5 模擬結果與分析 216
8.6 本章小結 224
參考文獻 224

第9章 DSCN無線資源配置效用評價方法 227
9.1 引言 228
9.2 綜合評價的基本理論 229
9.3 指標體系的選取和基於AHP的初始指標權重確定 232
9.4 基於BP神經網絡的綜合評價模型與綜合評價算法 236
9.5 綜合評價指標體系及評價方法的模擬驗證 238
9.6 本章小結 244
參考文獻 245

縮略語 247
名詞索引 251