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空天地一体化网络时间确定网络路由器

（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。

西安电子科技大学 2023-08-03