（一）项目背景 空天地一体化信息网络是“科技创新 2030 重大项目”，它 将融合多个独立低轨道卫星星座与地面网络，构成综合互联网，提供全球移动通信与互联网业务。其重要特征在于为天基、空基、海基、偏远地域用户提供通信与算力服务，为地面移动通信系统及互联网提供承载服务，为森林、江河、路轨、电力传输的安全运维提供物联网服务。路由器是空天地一体化信息网络的关键部件，为网络资源的高效调度、业务的精准部署提供支撑。 面临的挑战之一是：高资源利用率与高服务质量之间的矛盾。作为网络基础设施，该网络须提供与地面网络相比拟的服务质量，让天基、空基、海基、偏远地域用户愿意使用，提升网络用户量。同时，网络的资源利用率高，降低网络的建造与运维成本，支持网络的自我发展。空天地一体化信息网络与地面网络差异较大，直接应用地面网络路由技术，网络的资源利用率与 QoS 保障水平均会下降，基于此，提出了空天地一体化网络时间确定网络路由器解决方案，旨在解决高资源利用率与高服务质量之间的矛盾，在大规模动态网络中保障业务时延，该方案亦适用于断续连通网络，且与 Ipv6 网络兼容。该技术为大规模时间确定网络的构建提供理论与技术支撑。 （二）项目简介 面向空天地一体化网络，针对传统路由技术难以兼顾高资源利用率与高服务质量的问题，探索其背后的科学问题，提出了空天地一体化网络时间确定网络路由器解决方案，研制了星载路由器原理样机。主要部件及性能如下所述。 1）提出具有时间属性的路由算法。在网络表征中引入了时间属性，设计了具有时间属性的路由算法，解决了传统路由算法缺乏时间属性，易造成网络拥塞和分组丢失，时间确定性难保障； 2）提出了基于传输资源与存储资源关联调度方法，适应业务随机性与卫星网络拓扑的时变性出提出了表征网络时变特征； 3）设计了自适应拓扑发现与维护机制，能以较低负荷维护网络时变拓扑信息； 4）提出了低负荷的移动管理机制，避免卫星移动引入的大量移动管理负荷，保障了服务时延； 5）提出了基于时间属性的数据面转发方法，保障敏感业务传输的同时，提升了网络资源利用率； 6）提出 DTN 网络与 IP 网络兼容方案，支持断续连通网络路由构建与分组的托管传输； 7）研制了时间确定网络路由器原理样机，支持相关算法与协议的在线验证； 8）开发了大规模空天地一体化网络链路模拟系统，在线模拟网络时变链路，支持路由器、路由协议在规模化的网络环境中验证。 路由器、链路模拟器及路由协议验证界面 （三）关键技术 时变网络多维资源的图模型表征与多维资源联合调度技术。课题组拓展了时变图理论，解决了传输资源与存储资源的关联调度问题，提升了传输资源利用率；设计了基于时间属性的路由算法，在时变的天地一体化网络中，构建了具有时间属性的端到端路径，解决了传统路由技术难以保障端到端时延的问题。

本课题从能源互联网自下而上构建开放互联、对等分享的新型能源电力基础设施的需求出发，提出能源路由器是能源互联网实现的关键装备。借鉴互联网的理念、技术、方法和架 构，能源路由器效仿信息网络路由器，以实现能量交换能像信息分享一样便捷。借助电力电 子、储能以及信息通信技术的发展，本课题结合能源互联网用户需求侧能量交换与互联的需 求，研制低压小容量能源路由器。清华大学在国内较早开始开展能源互联网方面的研究工作，提出了能源互联网基本架构、 关键技术，并开展能源路由器以及相关信息通信技术等方面的研发工作，并于 2014 年获得 国家自然科学基金委首个能源互联网方面的立项——“能源互联网建模、分析与优化理论研 究”，目前参与承担国家电网公司科技项目“能源互联网技术架构研究”“能源互联网信息通 信体系架构研究”和“全球视角下能源互联网的系统构建理论及情景分析”等直接能源互联 网相关研究。能源路由器是能源互联网的核心重大装备，未来电网发展趋势会以大量电力电子装置呈现，电能路由器以电力电子技术为基础，电能路由器未来能替代电力变压器、电力电子装备 等，加上随着新能源和分布式新能源的发展，新能源的接入成为能源路由器的最大推手，市 场规模达到百亿以上。

本课题从能源互联网自下而上构建开放互联、对等分享的新型能源电力基础设施的需求出发，提出能源路由器是能源互联网实现的关键装备。借鉴互联网的理念、技术、方法和架 构，能源路由器效仿信息网络路由器，以实现能量交换能像信息分享一样便捷。借助电力电 子、储能以及信息通信技术的发展，本课题结合能源互联网用户需求侧能量交换与互联的需求，研制低压小容量能源路由器。 清华大学在国内较早开始开展能源互联网方面的研究工作，提出了能源互联网基本架构、 关键技术，并开展能源路由器以及相关信息通信技术等方面的研发工作，并于 2014 年获得 国家自然科学基金委首个能源互联网方面的立项——“能源互联网建模、分析与优化理论研究”，目前参与承担国家电网公司科技项目“能源互联网技术架构研究”“能源互联网信息通 信体系架构研究”和“全球视角下能源互联网的系统构建理论及情景分析”等直接能源互联 网相关研究。装置的主要创新点如下： l 能源路由器实现开放式即插即用的能量交换与路由； l 能源路由器支持多路可扩展的新能源和动态负荷接入； l 能源路由器解决瞬时平衡的能源互联网能量管理； l 能源路由器实现信息—能量融合的基础设施一体化； l 能源路由器在海淀北区能源互联网项目示范应用； 性能参数： l 研制自治微网能源路由器和小批量实现，传输电压等级为低压 380V，系统容量达 到百 kVA 级，响应时间小于 10ms，接入电源类型不少于 2 种，负荷类型不少于 3 类。 l 能源路由器可实现基本的能量路由功能，还可提供可扩展的工作模式：潮流调节模 式（增加有功、无功统一调节；功率因数达到 95%以上）和电能质量调节模式（增加电能质 量暂态、稳态指标的统一调节；暂态电压补偿能力超过 30%，电流谐波含量小于 5%）。

项目成果/简介:本课题从能源互联网自下而上构建开放互联、对等分享的新型能源电力基础设施的需求出发，提出能源路由器是能源互联网实现的关键装备。借鉴互联网的理念、技术、方法和架 构，能源路由器效仿信息网络路由器，以实现能量交换能像信息分享一样便捷。借助电力电 子、储能以及信息通信技术的发展，本课题结合能源互联网用户需求侧能量交换与互联的需求，研制低压小容量能源路由器。

能源路由器是实现能源互联网与配电网的信息交换与电能共享的核心电力电子装置。现有的以固态变压器为核心的电力变换装置由于其拓扑结构落后，且效率低下，不能实现基于能源路由器的能源协调控制策略。针对上述难题，研发了一种应用于能源互联网的能源路由器装置，包括三相三电平双向整流单元、六相交错DC/DC双向变换单元、自激软启动推挽式全桥DC/DC双向变换单元、三相谐振软开关双向逆变单元、单相全桥双向逆变单元；可实现从各能源终端将分布式电源并网，能量转换形式更加多样化，从根本上实现能量的双向流动；多单元拓扑结构决定其可提供多种电压等级电能，满足多种负载与储能设备的需求。

本发明提出一种延迟可容忍网络的星上路由器仿真方法，包括：1.结合 CCSDS 和 DTNRG 构建星 上路由器模型，在 OPNET 中进行可行性和有效性验证；2.基于 OPNET 的 SITL 接口实现虚拟数据流和 真实数据流的转换，验证网关处理能力；3.用 STK 得到网络拓扑中星际和星地链路相关数据，并导入仿 真软件模拟星际网络；4.对网络损伤仪进行延迟、误码率等相关设置，模拟空间链路。因此，本发明具 有如下优点：整合现有空间通信协议体系提

一种小规模无线传感器网络的路由方法，本发明属于无线传感 器网络路由领域，解决传统和声搜索算法不能直接用于求解无线传感 器网络路由的问题。本发明包括传递全局信息步骤、发送数据包步骤、 传递数据包步骤和更新剩余能量信息步骤。本发明对现有和声搜索算 法的编码方式及候选和声生成方法进行改进，既考虑路径能耗也考虑 路径长度，能有效平衡整个网络的能耗，显著延长整个网络的生命周 期。

1.关键技术 a. 地理信息系统模型：建立统一的地理信息系统模型，用以表达不同特征的地理信息数据。空间数据模型是整个GIS理论中最为核心的内容。为了能够利用信息系统工具来描述显示世界，必须对现实世界进行建模。对于地理信息系统而言，其结果就是空间数据模型。为了解决当前数据模型复杂多样的情况，必须使用更通用的更具有兼容性的数据类型来包装或者代替各个不同的地理信息系统的数据格式。在地理信息系统模型方面可以参考各种地理信息数据的国际标准，并在此基础上形成地理信息核心平台的数据模型。 b. 基于SOA的地理信息系统框架：SOA是一种结构模型，它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用。服务层是SOA的基础，可以直接被应用调用，从而有效控制系统中与软件代理交互的人为依赖性。SOA是一种低耦合的服务技术。通过SOA将地理信息系统的功能和其实现分离开，从而实现地理信息系统核心功能接口与实现的分离，形成由各种地理信息系统引擎来实现地理信息的实际功能，而地理信息核心平台实现服务的系统框架。 c. 基于SOA的地理信息综合应用解决方案。 2. 创新点 a. 异构的地理信息数据访问技术：系统采用引擎的方式对异构的数据库进行封装，形成地理信息系统服务的统一服务接口，为异构的地理信息数据库的方位提供了统一的平台。 b. 基于SOA的地理信息系统核心平台：通过以服务为中心而不是以应用为中心来组织地理信息的功能和服务，SOA为应用提供了一系列关键的好处:提高地理信息系统开发的效率、对业务的灵活性和响应速度、允许地理信息平台使用各种新技术更快地提供服务并更好地适应业务的需求以及允许业务更快地响应并提供更好的用户体验。 c. 多种模式的地理信息全面解决方案：通过基于SOA的地理信息系统核心平台的建设，可以将BS终端、CS终端、嵌入式移动终端、服务等地理信息系统的应用模式集成在统一的地理信息核心平台中，形成基于SOA的地理信息应用的全面解决方案。 项目主要应用范围: “地理信息系统核心平台”正是基于以上成熟的商业地理信息系统平台进行开发具有能够融合各种不同格式、类型的地理信息系统数据和功能的地理信息系统平台。所以其必将成为地理信息系统建设的核心平台。 就铁路系统来说，目前全路地理信息系统正在规划中。按照铁道部全路地理信息系统的规划方案，部级、路局级系统将选择较为成熟可靠的地理信息统平台的选择ArcInfo，而站段级将选择较为经济的SuperMap。另外，为了使各路局、各专业已经建成的地理信息系统的数据和应用得以共享，“地理信息系统核心平台”也将成为系统建设的标准配置。所以，“地理信息系统核心平台”在铁路系统就会形成极为广泛的市场。 对于各级政府数字城市建设，“地理信息系统核心平台”具有更为广泛的市场前景。 项目界面图:  主要技术指标: 1、地理信息系统的可扩展性框架 基于兼容各种地理信息系统的可扩展性的框架式地理信息系统的核心平台。在这个平台的基础上建立地理信息系统的表达平台、功能性平台、扩展平台。 2、地理信息基础表达平台 地理信息系统平台必须能够表达地理信息数据，包括数据和空间关系。这些将由地理信息基础表达平台来完成。 3、地理信息的功能性服务平台 地理信息系统的功能性平台提供与地理信息系统相关的应用功能，用以实现信息的应用。具体内容包括有：CS应用平台、BS应用平台、地理信息系统服务平台、嵌入式功能平台。地理信息系统的功能性平台主要完成了地理信息系统的核心功能的操作和应用。 4、地理信息的扩展服务平台 地理信息系统平台的扩展平台是指在扩展框架的基础上，为某些关键应用建立的扩展性应用，从而提高整个地理信息系统平台的实用性。 主要经济指标: “地理信息系统核心平台”正是基于成熟的商业地理信息系统平台进行开发具有能够融合各种不同格式、类型的地理信息系统数据和功能的地理信息系统平台。所以其必将成为地理信息系统建设的核心平台。 就铁路系统来说，目前全路地理信息系统正在规划中。按照铁道部全路地理信息系统的规划方案，部级、路局级系统将选择较为成熟可靠的地理信息统平台的选择ArcInfo，而站段级将选择较为经济的SuperMap。另外，为了使各路局、各专业已经建成的地理信息系统的数据和应用得以共享，“地理信息系统核心平台”也将成为系统建设的标准配置。所以，“地理信息系统核心平台”在铁路系统就会形成极为广泛的市场。