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空天地一體化網絡時間確定網絡路由器

（一）項目背景空天地一體化信息網絡是“科技創新 2030 重大項目”，它將融合多個獨立低軌道衛星星座與地面網絡，構成綜合互聯網，提供全球移動通信與互聯網業務。其重要特征在于為天基、空基、海基、偏遠地域用戶提供通信與算力服務，為地面移動通信系統及互聯網提供承載服務，為森林、江河、路軌、電力傳輸的安全運維提供物聯網服務。路由器是空天地一體化信息網絡的關鍵部件，為網絡資源的高效調度、業務的精準部署提供支撐。面臨的挑戰之一是：高資源利用率與高服務質量之間的矛盾。作為網絡基礎設施，該網絡須提供與地面網絡相比擬的服務質量，讓天基、空基、海基、偏遠地域用戶愿意使用，提升網絡用戶量。同時，網絡的資源利用率高，降低網絡的建造與運維成本，支持網絡的自我發展。空天地一體化信息網絡與地面網絡差異較大，直接應用地面網絡路由技術，網絡的資源利用率與 QoS 保障水平均會下降，基于此，提出了空天地一體化網絡時間確定網絡路由器解決方案，旨在解決高資源利用率與高服務質量之間的矛盾，在大規模動態網絡中保障業務時延，該方案亦適用于斷續連通網絡，且與 Ipv6 網絡兼容。該技術為大規模時間確定網絡的構建提供理論與技術支撐。（二）項目簡介面向空天地一體化網絡，針對傳統路由技術難以兼顧高資源利用率與高服務質量的問題，探索其背后的科學問題，提出了空天地一體化網絡時間確定網絡路由器解決方案，研制了星載路由器原理樣機。主要部件及性能如下所述。 1）提出具有時間屬性的路由算法。在網絡表征中引入了時間屬性，設計了具有時間屬性的路由算法，解決了傳統路由算法缺乏時間屬性，易造成網絡擁塞和分組丟失，時間確定性難保障； 2）提出了基于傳輸資源與存儲資源關聯調度方法，適應業務隨機性與衛星網絡拓撲的時變性出提出了表征網絡時變特征； 3）設計了自適應拓撲發現與維護機制，能以較低負荷維護網絡時變拓撲信息； 4）提出了低負荷的移動管理機制，避免衛星移動引入的大量移動管理負荷，保障了服務時延； 5）提出了基于時間屬性的數據面轉發方法，保障敏感業務傳輸的同時，提升了網絡資源利用率； 6）提出 DTN 網絡與 IP 網絡兼容方案，支持斷續連通網絡路由構建與分組的托管傳輸； 7）研制了時間確定網絡路由器原理樣機，支持相關算法與協議的在線驗證； 8）開發了大規模空天地一體化網絡鏈路模擬系統，在線模擬網絡時變鏈路，支持路由器、路由協議在規模化的網絡環境中驗證。路由器、鏈路模擬器及路由協議驗證界面（三）關鍵技術時變網絡多維資源的圖模型表征與多維資源聯合調度技術。課題組拓展了時變圖理論，解決了傳輸資源與存儲資源的關聯調度問題，提升了傳輸資源利用率；設計了基于時間屬性的路由算法，在時變的天地一體化網絡中，構建了具有時間屬性的端到端路徑，解決了傳統路由技術難以保障端到端時延的問題。

西安電子科技大學 2023-08-03

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