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空天地一體化網(wǎng)絡(luò)時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)路由器

（一）項(xiàng)目背景空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是“科技創(chuàng)新 2030 重大項(xiàng)目”，它將融合多個(gè)獨(dú)立低軌道衛(wèi)星星座與地面網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成綜合互聯(lián)網(wǎng)，提供全球移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。其重要特征在于為天基、空基、海基、偏遠(yuǎn)地域用戶(hù)提供通信與算力服務(wù)，為地面移動(dòng)通信系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)提供承載服務(wù)，為森林、江河、路軌、電力傳輸?shù)陌踩\(yùn)維提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。路由器是空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部件，為網(wǎng)絡(luò)資源的高效調(diào)度、業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)部署提供支撐。面臨的挑戰(zhàn)之一是：高資源利用率與高服務(wù)質(zhì)量之間的矛盾。作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，該網(wǎng)絡(luò)須提供與地面網(wǎng)絡(luò)相比擬的服務(wù)質(zhì)量，讓天基、空基、海基、偏遠(yuǎn)地域用戶(hù)愿意使用，提升網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)量。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的資源利用率高，降低網(wǎng)絡(luò)的建造與運(yùn)維成本，支持網(wǎng)絡(luò)的自我發(fā)展。空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)差異較大，直接應(yīng)用地面網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)的資源利用率與 QoS 保障水平均會(huì)下降，基于此，提出了空天地一體化網(wǎng)絡(luò)時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)路由器解決方案，旨在解決高資源利用率與高服務(wù)質(zhì)量之間的矛盾，在大規(guī)模動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中保障業(yè)務(wù)時(shí)延，該方案亦適用于斷續(xù)連通網(wǎng)絡(luò)，且與 Ipv6 網(wǎng)絡(luò)兼容。該技術(shù)為大規(guī)模時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供理論與技術(shù)支撐。（二）項(xiàng)目簡(jiǎn)介面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)傳統(tǒng)路由技術(shù)難以兼顧高資源利用率與高服務(wù)質(zhì)量的問(wèn)題，探索其背后的科學(xué)問(wèn)題，提出了空天地一體化網(wǎng)絡(luò)時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)路由器解決方案，研制了星載路由器原理樣機(jī)。主要部件及性能如下所述。 1）提出具有時(shí)間屬性的路由算法。在網(wǎng)絡(luò)表征中引入了時(shí)間屬性，設(shè)計(jì)了具有時(shí)間屬性的路由算法，解決了傳統(tǒng)路由算法缺乏時(shí)間屬性，易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞和分組丟失，時(shí)間確定性難保障； 2）提出了基于傳輸資源與存儲(chǔ)資源關(guān)聯(lián)調(diào)度方法，適應(yīng)業(yè)務(wù)隨機(jī)性與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臅r(shí)變性出提出了表征網(wǎng)絡(luò)時(shí)變特征； 3）設(shè)計(jì)了自適應(yīng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)與維護(hù)機(jī)制，能以較低負(fù)荷維護(hù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)變拓?fù)湫畔ⅲ?4）提出了低負(fù)荷的移動(dòng)管理機(jī)制，避免衛(wèi)星移動(dòng)引入的大量移動(dòng)管理負(fù)荷，保障了服務(wù)時(shí)延； 5）提出了基于時(shí)間屬性的數(shù)據(jù)面轉(zhuǎn)發(fā)方法，保障敏感業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，提升了網(wǎng)絡(luò)資源利用率； 6）提出 DTN 網(wǎng)絡(luò)與 IP 網(wǎng)絡(luò)兼容方案，支持?jǐn)嗬m(xù)連通網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建與分組的托管傳輸； 7）研制了時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)路由器原理樣機(jī)，支持相關(guān)算法與協(xié)議的在線(xiàn)驗(yàn)證； 8）開(kāi)發(fā)了大規(guī)模空天地一體化網(wǎng)絡(luò)鏈路模擬系統(tǒng)，在線(xiàn)模擬網(wǎng)絡(luò)時(shí)變鏈路，支持路由器、路由協(xié)議在規(guī)模化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中驗(yàn)證。路由器、鏈路模擬器及路由協(xié)議驗(yàn)證界面（三）關(guān)鍵技術(shù) 時(shí)變網(wǎng)絡(luò)多維資源的圖模型表征與多維資源聯(lián)合調(diào)度技術(shù)。課題組拓展了時(shí)變圖理論，解決了傳輸資源與存儲(chǔ)資源的關(guān)聯(lián)調(diào)度問(wèn)題，提升了傳輸資源利用率；設(shè)計(jì)了基于時(shí)間屬性的路由算法，在時(shí)變的天地一體化網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)建了具有時(shí)間屬性的端到端路徑，解決了傳統(tǒng)路由技術(shù)難以保障端到端時(shí)延的問(wèn)題。

西安電子科技大學(xué) 2023-08-03

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