Комплексный подход к оценке эффективности алгоритмов маршрутизации в многоспутниковой системе связи

Авторы

Малюсин Ю. В.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

e-mail: yvmalyusin@mai.education

Аннотация

Активное развертывание многоспутниковых группировок, обеспечивающих различные коммуникационные сервисы, ставит перед разработчиками задачу стабильной и качественной маршрутизации данных. В данной статье предлагается метод комплексной оценки эффективности алгоритмов маршрутизации в спутниковых системах связи, основанный на ключевых показателях эффективности с использованием регрессионного анализа и нечеткой логики. Рассмотрены основные показатели эффективности, такие как пропускная способность, задержка, надежность, энергоэффективность, адаптивность, масштабируемость, и предложена формальная математическая модель. Представлены методы интеграции разнородных метрик в итоговую оценку, и рассмотрен пример численного эксперимента, позволяющего проиллюстрировать применение разработанного подхода. Результаты работы можно использовать в исследовательской сфере, в процессе проектирования и при эксплуатации многоспутниковых систем связи.

Ключевые слова:

многоспутниковая система связи; маршрутизация; ключевые показатели эффективности; регрессионный анализ; нечеткая логика; пропускная способность; задержка; энергоэффективность

Список источников

1. Cao X., et al. Dynamic routings in satellite networks: an overview // Sensors (Basel). — 2022. — Vol. 22, No. 12. — P. 4552. — DOI: 10.3390/s22124552.
2. Hu T., et al. Delay-packet-loss-optimized distributed routing using spiking neural networks in LEO satellite networks // Sensors. — 2022. — Vol. 23, No. 1. — P. 310. — DOI: 10.3390/s23010310.
3. Wang G., et al. Performance evaluation of routing algorithm in satellite self-organizing network on OMNeT++ platform // Electronics. — 2024. — Vol. 13, No. 19. — P. 3963. — DOI: 10.3390/electronics13193963.
4. Starlink satellites: facts, tracking and impact on astronomy [Электронный ресурс]. — Space.com. — URL: https://www.space.com/starlink-satellites (дата обращения: 27.02.2025).
5. Панков Д. А., Денисова Л. А. Разработка и исследование алгоритма маршрутизации в многофункциональном комплексе связи // Омский научный вестник. — 2017. — № 6. — С. 143–145.
6. Иванов С. В. Алгоритм централизованной многопутевой маршрутизации с балансировкой нагрузки в низкоорбитальных спутниковых системах связи // Системы управления, связи и безопасности. — 2018. — № 3. — С. 69–105.
7. Карсаев О. В. Анализ оперативности информационных взаимодействий в низкоорбитальных многоспутниковых группировках // Труды СПИИРАН. — 2019. — Т. 18, № 4. — С. 858–886.
8. Навар М., Воронова Л. И., Воронов В. И. Моделирование маршрутизации в кластеризованном рое БПЛА с использованием генетического алгоритма // Первая миля. — 2023. — № 6 (114). — С. 46–53. — DOI: 10.22184/2070-8963.2023.114.6.46.52.
9. Alwan N. A. S., et al. Performance analysis of Dijkstra-based weighted sum minimization routing for wireless mesh networks using different dynamic programming algorithms // Journal of Engineering. — 2014. — Vol. 20, No. 2. — P. 49–60.
10. А.И. Остапюк, Ю.В. Малюсин, И.В. Усовик, П.О. Дроздова, Д.Р. Эфендиева Исследование генетического алгоритма маршрутизации в контексте многоспутниковых систем связи и передачи данных Научно-технический вестник Поволжья. -2024г.-№2.-С. 94-98
11. Wu Y., et al. Multi-objective optimization in multi-QoS routing strategy for software-defined satellite network // Sensors (Basel). — 2021. — Vol. 21, No. 19. — P. 6356. — DOI: 10.3390/s21196356.
12. Nithya N. S., et al. A new multi-criteria decision making method for the selection of construction contractors using interval valued fuzzy set // Complex & Intelligent Systems. — 2024. — DOI: 10.1007/s40747-024-01029-7.
13. Малышев В.В., Смольянинов Ю.А., Старков А.В.  Планирование целевого функционирования орбитальной группировки КА ДЗЗ с использованием генетического алгоритма // В книге: Системный анализ, управление и навигация. Тезисы докладов XXIII международной научной конференции. 2018, С. 183-186.
14. Поселенцева Д. Ю., Замятина Е. Б. Опыт исследования алгоритмов маршрутизации и передачи данных в ad-hoc-сетях // Вестник Пермского университета. Серия: Математика. Механика. Информатика. — 2019. — № 4 (47). — С. 76–85. — DOI: 10.17072/1993-0550-2018-4-76-85.
15. Потюпкин А. Ю., Тимофеев Ю. А., Волков С. А. Групповое управление многоспутниковой орбитальной группировкой на основе концепции режимов совместного функционирования // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. — 2021. — Т. 8, вып. 3. — С. 11–19. — DOI: 10.30894/issn2409-0239.2021.8.3.11.19.
16. Zhang J., et al. Survey on routing technology of mega constellation // Space-Integrated-Ground Information Networks. — 2024. — Vol. 5, No. 1. — P. 2–13. — DOI: 10.11959/j.issn.2096-8930.2024001.
17. Емельянов А.А., Малышев В.В., Старков А.В., Гришанцева Л.А., Зубкова К.И., Зай Яр Вин Анализ и формирование показателей эффективности в задаче распределения потоков целевой информации при функционировании космических систем ДЗЗ // Научно-технический вестник Поволжья №8 2019, с. 28-31
18. Radhakrishnan R., et al. Survey of inter-satellite communication for small satellite systems: physical layer to network layer [Электронный ресурс]. — URL: https://arxiv.org/abs/1609.08583 (дата обращения: 31.03.2025).
19. Singh J., et al. OCI-OLSR: an optimized control interval-OLSR-based efficient routing mechanism for ad-hoc networks // Processes. — 2023. — Vol. 11, No. 5. — P. 1419. — DOI: 10.3390/pr11051419.

Скачать статью