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（一）項目背景 空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是“科技創(chuàng)新 2030 重大項目”，它 將融合多個獨立低軌道衛(wèi)星星座與地面網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成綜合互聯(lián)網(wǎng)，提供全球移動通信與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。其重要特征在于為天基、空基、?；?、偏遠(yuǎn)地域用戶提供通信與算力服務(wù)，為地面移動通信系統(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\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)地域用戶愿意使用，提升網(wǎng)絡(luò)用戶量。同時，網(wǎng)絡(luò)的資源利用率高，降低網(wǎng)絡(luò)的建造與運維成本，支持網(wǎng)絡(luò)的自我發(fā)展?？仗斓匾惑w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 保障水平均會下降，基于此，提出了空天地一體化網(wǎng)絡(luò)時間確定網(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)模動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中保障業(yè)務(wù)時延，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)模時間確定網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供理論與技術(shù)支撐。 （二）項目簡介 面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，針對傳統(tǒng)路由技術(shù)難以兼顧高資源利用率與高服務(wù)質(zhì)量的問題，探索其背后的科學(xué)問題，提出了空天地一體化網(wǎng)絡(luò)時間確定網(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）提出具有時間屬性的路由算法。在網(wǎng)絡(luò)表征中引入了時間屬性，設(shè)計了具有時間屬性的路由算法，解決了傳統(tǒng)路由算法缺乏時間屬性，易造成網(wǎng)絡(luò)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(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變性出提出了表征網(wǎng)絡(luò)時變特征； 3）設(shè)計了自適應(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)時變拓?fù)湫畔ⅲ?4）提出了低負(fù)荷的移動管理機(jī)制，避免衛(wèi)星移動引入的大量移動管理負(fù)荷，保障了服務(wù)時延； 5）提出了基于時間屬性的數(shù)據(jù)面轉(zhuǎn)發(fā)方法，保障敏感業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐瑫r，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)議的在線驗證； 8）開發(fā)了大規(guī)模空天地一體化網(wǎng)絡(luò)鏈路模擬系統(tǒng)，在線模擬網(wǎng)絡(luò)時變鏈路，支持路由器、路由協(xié)議在規(guī)模化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中驗證。 路由器、鏈路模擬器及路由協(xié)議驗證界面 （三）關(guān)鍵技術(shù) 時變網(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)。課題組拓展了時變圖理論，解決了傳輸資源與存儲資源的關(guān)聯(lián)調(diào)度問題，提升了傳輸資源利用率；設(shè)計了基于時間屬性的路由算法，在時變的天地一體化網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)建了具有時間屬性的端到端路徑，解決了傳統(tǒng)路由技術(shù)難以保障端到端時延的問題。

本課題從能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上構(gòu)建開放互聯(lián)、對等分享的新型能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的需求出發(fā)，提出能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的關(guān)鍵裝備。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)、方法和架 構(gòu)，能源路由器效仿信息網(wǎng)絡(luò)路由器，以實現(xiàn)能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲能以及信息通信技術(shù)的發(fā)展，本課題結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)用戶需求側(cè)能量交換與互聯(lián)的需 求，研制低壓小容量能源路由器。清華大學(xué)在國內(nèi)較早開始開展能源互聯(lián)網(wǎng)方面的研究工作，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)、 關(guān)鍵技術(shù)，并開展能源路由器以及相關(guān)信息通信技術(shù)等方面的研發(fā)工作，并于 2014 年獲得 國家自然科學(xué)基金委首個能源互聯(lián)網(wǎng)方面的立項——“能源互聯(lián)網(wǎng)建模、分析與優(yōu)化理論研 究”，目前參與承擔(dān)國家電網(wǎng)公司科技項目“能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)研究”“能源互聯(lián)網(wǎng)信息通 信體系架構(gòu)研究”和“全球視角下能源互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)建理論及情景分析”等直接能源互聯(lián) 網(wǎng)相關(guān)研究。能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心重大裝備，未來電網(wǎng)發(fā)展趨勢會以大量電力電子裝置呈現(xiàn)，電能路由器以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，電能路由器未來能替代電力變壓器、電力電子裝備 等，加上隨著新能源和分布式新能源的發(fā)展，新能源的接入成為能源路由器的最大推手，市 場規(guī)模達(dá)到百億以上。

本課題從能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上構(gòu)建開放互聯(lián)、對等分享的新型能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的需求出發(fā)，提出能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的關(guān)鍵裝備。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)、方法和架 構(gòu)，能源路由器效仿信息網(wǎng)絡(luò)路由器，以實現(xiàn)能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲能以及信息通信技術(shù)的發(fā)展，本課題結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)用戶需求側(cè)能量交換與互聯(lián)的需求，研制低壓小容量能源路由器。 清華大學(xué)在國內(nèi)較早開始開展能源互聯(lián)網(wǎng)方面的研究工作，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)、 關(guān)鍵技術(shù)，并開展能源路由器以及相關(guān)信息通信技術(shù)等方面的研發(fā)工作，并于 2014 年獲得 國家自然科學(xué)基金委首個能源互聯(lián)網(wǎng)方面的立項——“能源互聯(lián)網(wǎng)建模、分析與優(yōu)化理論研究”，目前參與承擔(dān)國家電網(wǎng)公司科技項目“能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)研究”“能源互聯(lián)網(wǎng)信息通 信體系架構(gòu)研究”和“全球視角下能源互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)建理論及情景分析”等直接能源互聯(lián) 網(wǎng)相關(guān)研究。裝置的主要創(chuàng)新點如下： l 能源路由器實現(xiàn)開放式即插即用的能量交換與路由； l 能源路由器支持多路可擴(kuò)展的新能源和動態(tài)負(fù)荷接入； l 能源路由器解決瞬時平衡的能源互聯(lián)網(wǎng)能量管理； l 能源路由器實現(xiàn)信息—能量融合的基礎(chǔ)設(shè)施一體化； l 能源路由器在海淀北區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項目示范應(yīng)用； 性能參數(shù)： l 研制自治微網(wǎng)能源路由器和小批量實現(xiàn)，傳輸電壓等級為低壓 380V，系統(tǒng)容量達(dá) 到百 kVA 級，響應(yīng)時間小于 10ms，接入電源類型不少于 2 種，負(fù)荷類型不少于 3 類。 l 能源路由器可實現(xiàn)基本的能量路由功能，還可提供可擴(kuò)展的工作模式：潮流調(diào)節(jié)模 式（增加有功、無功統(tǒng)一調(diào)節(jié)；功率因數(shù)達(dá)到 95%以上）和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)模式（增加電能質(zhì) 量暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的統(tǒng)一調(diào)節(jié)；暫態(tài)電壓補償能力超過 30%，電流諧波含量小于 5%）。

項目成果/簡介:本課題從能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上構(gòu)建開放互聯(lián)、對等分享的新型能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的需求出發(fā)，提出能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的關(guān)鍵裝備。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)、方法和架 構(gòu)，能源路由器效仿信息網(wǎng)絡(luò)路由器，以實現(xiàn)能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲能以及信息通信技術(shù)的發(fā)展，本課題結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)用戶需求側(cè)能量交換與互聯(lián)的需求，研制低壓小容量能源路由器。

能源路由器是實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)與配電網(wǎng)的信息交換與電能共享的核心電力電子裝置?，F(xiàn)有的以固態(tài)變壓器為核心的電力變換裝置由于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)落后，且效率低下，不能實現(xiàn)基于能源路由器的能源協(xié)調(diào)控制策略。針對上述難題，研發(fā)了一種應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源路由器裝置，包括三相三電平雙向整流單元、六相交錯DC/DC雙向變換單元、自激軟啟動推挽式全橋DC/DC雙向變換單元、三相諧振軟開關(guān)雙向逆變單元、單相全橋雙向逆變單元；可實現(xiàn)從各能源終端將分布式電源并網(wǎng)，能量轉(zhuǎn)換形式更加多樣化，從根本上實現(xiàn)能量的雙向流動；多單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定其可提供多種電壓等級電能，滿足多種負(fù)載與儲能設(shè)備的需求。

本發(fā)明提出一種延遲可容忍網(wǎng)絡(luò)的星上路由器仿真方法，包括：1.結(jié)合 CCSDS 和 DTNRG 構(gòu)建星 上路由器模型，在 OPNET 中進(jìn)行可行性和有效性驗證；2.基于 OPNET 的 SITL 接口實現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)流和 真實數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換，驗證網(wǎng)關(guān)處理能力；3.用 STK 得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲行请H和星地鏈路相關(guān)數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入仿 真軟件模擬星際網(wǎng)絡(luò)；4.對網(wǎng)絡(luò)損傷儀進(jìn)行延遲、誤碼率等相關(guān)設(shè)置，模擬空間鏈路。因此，本發(fā)明具 有如下優(yōu)點：整合現(xiàn)有空間通信協(xié)議體系提

一種小規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由方法，本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由領(lǐng)域，解決傳統(tǒng)和聲搜索算法不能直接用于求解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的問題。本發(fā)明包括傳遞全局信息步驟、發(fā)送數(shù)據(jù)包步驟、傳遞數(shù)據(jù)包步驟和更新剩余能量信息步驟。本發(fā)明對現(xiàn)有和聲搜索算法的編碼方式及候選和聲生成方法進(jìn)行改進(jìn)，既考慮路徑能耗也考慮路徑長度，能有效平衡整個網(wǎng)絡(luò)的能耗，顯著延長整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

1.關(guān)鍵技術(shù) a. 地理信息系統(tǒng)模型：建立統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)模型，用以表達(dá)不同特征的地理信息數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)模型是整個GIS理論中最為核心的內(nèi)容。為了能夠利用信息系統(tǒng)工具來描述顯示世界，必須對現(xiàn)實世界進(jìn)行建模。對于地理信息系統(tǒng)而言，其結(jié)果就是空間數(shù)據(jù)模型。為了解決當(dāng)前數(shù)據(jù)模型復(fù)雜多樣的情況，必須使用更通用的更具有兼容性的數(shù)據(jù)類型來包裝或者代替各個不同的地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式。在地理信息系統(tǒng)模型方面可以參考各種地理信息數(shù)據(jù)的國際標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上形成地理信息核心平臺的數(shù)據(jù)模型。 b. 基于SOA的地理信息系統(tǒng)框架：SOA是一種結(jié)構(gòu)模型，它可以根據(jù)需求通過網(wǎng)絡(luò)對松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用。服務(wù)層是SOA的基礎(chǔ)，可以直接被應(yīng)用調(diào)用，從而有效控制系統(tǒng)中與軟件代理交互的人為依賴性。SOA是一種低耦合的服務(wù)技術(shù)。通過SOA將地理信息系統(tǒng)的功能和其實現(xiàn)分離開，從而實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)核心功能接口與實現(xiàn)的分離，形成由各種地理信息系統(tǒng)引擎來實現(xiàn)地理信息的實際功能，而地理信息核心平臺實現(xiàn)服務(wù)的系統(tǒng)框架。 c. 基于SOA的地理信息綜合應(yīng)用解決方案。 2. 創(chuàng)新點 a. 異構(gòu)的地理信息數(shù)據(jù)訪問技術(shù)：系統(tǒng)采用引擎的方式對異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行封裝，形成地理信息系統(tǒng)服務(wù)的統(tǒng)一服務(wù)接口，為異構(gòu)的地理信息數(shù)據(jù)庫的方位提供了統(tǒng)一的平臺。 b. 基于SOA的地理信息系統(tǒng)核心平臺：通過以服務(wù)為中心而不是以應(yīng)用為中心來組織地理信息的功能和服務(wù)，SOA為應(yīng)用提供了一系列關(guān)鍵的好處:提高地理信息系統(tǒng)開發(fā)的效率、對業(yè)務(wù)的靈活性和響應(yīng)速度、允許地理信息平臺使用各種新技術(shù)更快地提供服務(wù)并更好地適應(yīng)業(yè)務(wù)的需求以及允許業(yè)務(wù)更快地響應(yīng)并提供更好的用戶體驗。 c. 多種模式的地理信息全面解決方案：通過基于SOA的地理信息系統(tǒng)核心平臺的建設(shè)，可以將BS終端、CS終端、嵌入式移動終端、服務(wù)等地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模式集成在統(tǒng)一的地理信息核心平臺中，形成基于SOA的地理信息應(yīng)用的全面解決方案。 項目主要應(yīng)用范圍: “地理信息系統(tǒng)核心平臺”正是基于以上成熟的商業(yè)地理信息系統(tǒng)平臺進(jìn)行開發(fā)具有能夠融合各種不同格式、類型的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)和功能的地理信息系統(tǒng)平臺。所以其必將成為地理信息系統(tǒng)建設(shè)的核心平臺。 就鐵路系統(tǒng)來說，目前全路地理信息系統(tǒng)正在規(guī)劃中。按照鐵道部全路地理信息系統(tǒng)的規(guī)劃方案，部級、路局級系統(tǒng)將選擇較為成熟可靠的地理信息統(tǒng)平臺的選擇ArcInfo，而站段級將選擇較為經(jīng)濟(jì)的SuperMap。另外，為了使各路局、各專業(yè)已經(jīng)建成的地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用得以共享，“地理信息系統(tǒng)核心平臺”也將成為系統(tǒng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)配置。所以，“地理信息系統(tǒng)核心平臺”在鐵路系統(tǒng)就會形成極為廣泛的市場。 對于各級政府?dāng)?shù)字城市建設(shè)，“地理信息系統(tǒng)核心平臺”具有更為廣泛的市場前景。 項目界面圖:  主要技術(shù)指標(biāo): 1、地理信息系統(tǒng)的可擴(kuò)展性框架 基于兼容各種地理信息系統(tǒng)的可擴(kuò)展性的框架式地理信息系統(tǒng)的核心平臺。在這個平臺的基礎(chǔ)上建立地理信息系統(tǒng)的表達(dá)平臺、功能性平臺、擴(kuò)展平臺。 2、地理信息基礎(chǔ)表達(dá)平臺 地理信息系統(tǒng)平臺必須能夠表達(dá)地理信息數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)和空間關(guān)系。這些將由地理信息基礎(chǔ)表達(dá)平臺來完成。 3、地理信息的功能性服務(wù)平臺 地理信息系統(tǒng)的功能性平臺提供與地理信息系統(tǒng)相關(guān)的應(yīng)用功能，用以實現(xiàn)信息的應(yīng)用。具體內(nèi)容包括有：CS應(yīng)用平臺、BS應(yīng)用平臺、地理信息系統(tǒng)服務(wù)平臺、嵌入式功能平臺。地理信息系統(tǒng)的功能性平臺主要完成了地理信息系統(tǒng)的核心功能的操作和應(yīng)用。 4、地理信息的擴(kuò)展服務(wù)平臺 地理信息系統(tǒng)平臺的擴(kuò)展平臺是指在擴(kuò)展框架的基礎(chǔ)上，為某些關(guān)鍵應(yīng)用建立的擴(kuò)展性應(yīng)用，從而提高整個地理信息系統(tǒng)平臺的實用性。 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo): “地理信息系統(tǒng)核心平臺”正是基于成熟的商業(yè)地理信息系統(tǒng)平臺進(jìn)行開發(fā)具有能夠融合各種不同格式、類型的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)和功能的地理信息系統(tǒng)平臺。所以其必將成為地理信息系統(tǒng)建設(shè)的核心平臺。 就鐵路系統(tǒng)來說，目前全路地理信息系統(tǒng)正在規(guī)劃中。按照鐵道部全路地理信息系統(tǒng)的規(guī)劃方案，部級、路局級系統(tǒng)將選擇較為成熟可靠的地理信息統(tǒng)平臺的選擇ArcInfo，而站段級將選擇較為經(jīng)濟(jì)的SuperMap。另外，為了使各路局、各專業(yè)已經(jīng)建成的地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用得以共享，“地理信息系統(tǒng)核心平臺”也將成為系統(tǒng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)配置。所以，“地理信息系統(tǒng)核心平臺”在鐵路系統(tǒng)就會形成極為廣泛的市場。