空天地一体化网络关键技术研究

admin · 发表于 12 小时前

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空天地一体化网络是新一代空中交通管理系统研究与发展的核心基础。它综合利用现代信息网络技术，在空天地异构网络互联互通的基础上，通过对空、天、地、海全维空间信息的有效获取、传输和处理，资源的汇聚、分发、组织和管理，来达到时空复杂网络的一体化、协同化控制和最大有效利用，为军民等各类不同用户提供安全可靠、不间断、实时、按需服务能力的信息基础设施和决策支持系统。随着现代网络技术理论研究和应用如新一代空中交通管理系统的不断推进，空天地一体化网络已成为现代通信、计算机、空管等多个学科的一个重点研究领域。空天地一体化网络具有时变性、异构性、分布式和自组织等明显特点，不仅给空天地一体化网络的移动节点模型、动态组网和异构网络互联互通带来了挑战和难度，而且对信息高效传输、网络节点定位、网络安全等提出了更高的要求。为此，我们迫切需要研究高动态复杂环境下的高动态自适应移动网络模型、异构网络互联互通协同架构、网间信息传输协同控制算法和网络节点相关性等基础理论与关键技术，为达到空天地一体化网络信息高效传输等提供必要的理论基础和技术解决手段。本文就围绕空天地一体化网络的上述基础理论与关键技术开展深入研究。论文的主要工作和成果包括以下几个方面：（1）针对空天地一体化网络的环境高动态复杂性，提出了高动态自适应移动网络模型。具体网络节点结合地理信息、根据预测路线可在三维空间内调节运动参数，使得运动特性与实际相符合。该模型可以很好地刻画空天地一体化网络的节点运动特性，不但适用于一般动态环境，并且适用于高动态环境，能够解决空天地一体化网络在高速移动环境下，对网络性能影响的题目。论文通过随机场景仿真分析验证模型的有效性。（2）针对空天地一体化网络中各种移动通信网络覆盖范围不同、支持数据速率不同等特点，提出了一种异构网络互联互通的开放式组网协同架构。在此架构基础上，提出空间网络与地面网络间的交互方法及通信协议网关。进一步又提出了基于终端和网络信息融合的无线网络切换方法，使得终端选择质量最好的网络进行切换操作。该协同架构将地面网络和空间网络等协同起来，解决空间网络和地面网络的通信协议没有统一设计和建设的题目；采用分布式网络控制方式，解决一般集群组网方式遇到的时延大，规模小，效率低，成本高等题目。（3）针对空天地一体化网络中大规模移动网络的协同通信题目，提出了一种网络流协同控制优化策略。具体针对一般通信网，从为大规模移动网络协同通信进行网间网络流量控制方面，探讨如何控制管理和优化网络流，以最大限度地利用各子网的传输性能，提高集群网络的整体传输效率。从网络的公平性，利用率，稳定性及传输效率等方面进行优化，提出了相应的流量协同分配算法、最优流量速度控制算法和最优时间流量稳定性控制算法。仿真分析比较表明了我们所提的控制策略与算法的有效性与合理性。为空天地一体化网络系统流量控制器的设计提供了理论依据。（4）针对空天地一体化网络中专用性较强网络间的信息协同传输题目，提出一种网关集群系统架构和负载动态分配算法。具体针对不同航空信息网络具有不同业务类型、提供信息不同、专用性较强等特点，建立航空信息综合网络的分布式网关集群系统。为高效共享各种航空信息网络资源，提出了网关面向航空网络偏好的负载动态分配算法和网关之间的协同控制负载分配算法。仿真结果表明，该网关集群方式具有很好的适应性。其为建设中国特色的空地一体航空信息网络综合协作构架，实现跨平台、多业务网络的安全高效运行，解决面向全球飞行协同服务的难题提供了依据。（5）为探讨空天地一体化网络节点间关系的内在规律，对网络节点相关特性进行了一些理论分析研究，提出基于节点相关性的网络不动点理论。主要根据复杂的通信网络内部存在的幂律现象，将Banach不动点理论引入网络模型，通过分析网络节点之间存在的相关特性，提出网络不动点理论，并通过把通信网络看作由路径预测算法产生的似马尔科夫链的路由节点迭代序列形成的网络空间进行证明。最后对该理论在空天地一体化网络中的应用进行了分析。

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