空天地一體化網(wǎng)絡(luò)時間確定網(wǎng)絡(luò)路由器
(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、海基、偏遠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 -15- 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。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)隨機性與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓撲的時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)拓撲發(fā)現(xiàn)與維護機制,能以較低負荷維護網(wǎng)絡(luò)時變拓撲信息;
4)提出了低負荷的移動管理機制,避免衛(wèi)星移動引入的大量移動管理負荷,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,支持斷續(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,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)?;木W(wǎng)絡(luò)環(huán)境中驗證。
(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。
西安電子科技大學
2023-07-20