空天信息网络若干基础理论问题分析

We discuss several theoretical problems of aerospace information network, and unify the research on aerospace information network with empirical modeling, information spreading, cascade on the complex network. This project includes, a) The structure of the empirical analysis and system models. In order to reproduce the true statistical characteristics about aerospace information systems, we model the aerospace information network with network structure, particular attention to the self-organization of complex adaptive systems evolution model, including biological network model, network model of brain function, interdependent network model and economic statistical models; We will establish the aerospace information system model concerned about game theory and coexistence behavior based on statistical physics. b) Information transmission mechanism and kinetics analysis. We try to find out the formation and propagation mechanisms of aerospace information network congestion, give a microscopic description of traffic dynamics, develop the related optimum route and enhance strategic transport network structure. c) Stability analysis and adaptive network protection strategy. We study the local network topology, network dynamics and cascading effect. We consider to forecast and control the dynamics of cascade process, disaster resistance and anti- attack strategy. It is expected that this project will provide a high level basic research approved by counterparts..

本申请利用复杂网络理论对空天信息网络若干基础理论问题进行分析，建议将复杂网络上的建模实证、信息传播、级联和相应的空天信息网络系统动态模型结合进行研究，主要包括：a）系统结构实证分析与建模，以重现真实空天信息系统统计特征为旨，提出具有网络结构的空天信息网络模型，特别注意借鉴复杂适应系统的自组织演化模型，包括生物网络模型、脑神经网络模型、相依网络模型、经济统计模型等；并结合空天信息系统特点对这些模型的协同、博弈和共存行为进行动力学理论研究。b）信息传导机制与动力学特性分析，空天信息网络的信息拥堵形成与传播的机制, 交通动力学的微观描述，最佳路由的选择，网络结构的优化设计以及传输增强策略。c）网络稳定性分析及自适应保护策略，研究网络拓扑结构及网点局域动力学对级联行为的影响，级联动力学过程的预报和控制，抗灾变、抗攻击策略。预计本项目的完成将提供一批为国内外同行认同的高水平基础研究成果。

本项目深入研究了空天信息网络架构、动力学机制及相关网络控制方面的方法和模型等基础理论问题，探索了复杂网络理论方法在航天测控领域的研究途径，提出了刻画空天信息网络的网络模型及度量参数，研究了影响组网的环境效应，并设计了可以用于实际组网的链接模式及技术方案。项目主要成果包括：(1)研究了网络结构、度量表征指标、结构完备性等因素对空天信息网络构建的影响的理论问题，提出了若干模型算法；(2)在海上动平台条件下，探索了空天信息网络构建中节点链接的模式和技术，提出了动态链接的相关关键技术和海上验证方案，在国内较早的开展海面动平台情况下通信链接验证；(3)研究了影响空天信息网络组网的船摇、大气及轨道动力学等环境约束的基础问题；(4)针对空天信息网络上的动力学过程，提出了刻画空天信息系统中多个体运动的改进模型算法，研究了双随机动力学和双向选择过程；(5)针对空天信息网络控制与优化，研究了网络结构之度关联性(同配性）对于网络可控性相变之影响；(6)获得了海天信息系统中船摇和变形等时序信号的数据，获得了影响空天信息网络架构组网的海洋大气环境数据。本项目卓有成效地将统计物理学的方法和观念应用于空天信息网络架构与优化的研究中，所获成果可以加深学术界对空天信息网络架构与优化的理论认识，并做了初步的实验验证，且其快速、准确、多样的算法性质有较强的实际应用前景。本项目发表学术论文10余篇，成果总体达到并超过了申请计划的预期。