空间信息网拓扑的跨层自适应安全控制机制研究

This project makes a detailed analysis on characteristics and topology of space information networks. From communication environment, service and security-oriented perspectives, the project focuses on schemes of cross-layer topology control with coordinated optimization. The aim is to provide the theory base for construction of intelligent and secure topologies in space information networks, and ultimately improve the network performances.. First, a time-evolving network topology model containing both time and space information was proposed. And with considering of that topology is dynamic and not connected all the time in space information networks, the project studied topology control schemes which can well facilitate communication protocols in lower layer of the network. Secondly, given divers applications in space information networks, adaptive topology control schemes were researched. Service-oriented, dynamic and elastic topologies were generated according to difference between services from application layer and group convergent of nodes in space information networks. Thirdly, a joint method of security protocols and topology control was proposed on the base of the research on relationship between network security and performance. The joint method can ensure the data reliability and integrity, allocate the network resources in a network-wide perspective and optimize the entire network performance. . The research achievements will be evaluated in steps of theoretical analyses, network simulation and experiment test..

深入分析空间信息网的网络特性与拓扑结构，从支持空间信息网底层通信环境、适应上层应用与服务需求以及保障网络安全性能的视角出发，研究网络拓扑的跨层协同优化控制机制，为构建智能化安全的网络拓扑提供理论支持，以实现高性能的空间信息网。. 首先，构建融合时空信息的空间信息网络模型，兼顾网络动态性和非时刻连通的特点，研究能与底层通信环境建立良好交互关系的拓扑控制机制。其次，针对多样化业务需求，研究差异化自适应拓扑优化机理，主动利用上层业务的差异性、以及节点群体趋同性等特征，构建业务自适应动态弹性网络拓扑。第三，研究网络安全和性能的关系，提出安全协议和拓扑控制的联合优化方法，使网络在确保分组数据可靠完整性的同时能够保持较高的网络整体性能。. 通过理论分析、模拟软件和自主研发的空间信息网演示验证系统，对研究成果进行三阶段递进式试验、测试和效能评估。

空间是继陆地、海洋和空中之后，人类又一新的活动与发展领域，在全球遥感、观测和信息传输等方面，具有巨大的社会、经济和军事价值。空间信息网是一项战略性基础设施，它的建立和建成必将对我国综合国力的增强产生深远的影响。由于网络拓扑的动态特征及无线通信所固有的一系列脆弱性，造成节点和链路易于发生突发性失效，特别是军事应用中处于恶劣或敌意环境，节点必然受到非法的截获、干扰乃至摧毁，一旦出现问题，则导致网络性能下降，甚至造成全网瘫痪。拓扑重构作为保障网络高效抗毁运行的重要手段成为研究的热点。.深入分析空间信息网的网络特性与拓扑结构，从支持空间信息网底层通信环境、适应上层应用与服务需求以及保障网络安全性能的视角出发，研究网络拓扑的跨层协同优化控制机制，为构建智能化安全的网络拓扑提供理论支持，以实现高性能的空间信息网。首先，构建融合时空信息的空间信息网络模型，兼顾网络动态性和非时刻连通的特点，研究能与底层通信环境建立良好交互关系的拓扑控制机制。其次，针对多样化业务需求，研究差异化自适应拓扑优化机理，主动利用上层业务的差异性、以及节点群体趋同性等特征，构建业务自适应动态弹性网络拓扑。第三，研究网络安全和性能的关系，提出安全协议和拓扑控制的联合优化方法，使网络在确保分组数据可靠完整性的同时能够保持较高的网络整体性能。.通过理论分析、模拟软件和自主研发的空间信息网演示验证系统，对研究成果进行三阶段递进式试验、测试和效能评估。实验对应用所提协议下网络的有效性、可靠性和抗毁性等性能进行了评估分析，实验结果表明：融合了时空信息的网络拓扑模型能更好地让基于底层通信环境而设计的拓扑控制自适应优化网络整体性能，够提高业务的服务质量，增强网络的抗毁容错与故障恢复能力，使网络具备可持续生存的能力；面向上层业务的拓扑控制机制能够有效去除冗余链路，保证较高解码概率，在保证网络连通性的同时减小干扰，有效提高网络性能。