基于分布式协作的空间信息网络自适应数据传输机理研究

Space information networks exhibit the following characters: high mobility,limited resources,unbalanced load and different service requirements. These characters cause serious challenges to current wireless communication theories. This project focuses on two key scientific problems: large-scale time-spatial dynamics control principles and real-time bandwidth provisioning mechanisms.. In this project, we will intensively investigate the following important issues.Firstly, we are going to study dynamic control and network reconfiguration mechanisms in large-scale spatial and temporal environments, and propose time-spatial dynamical topology control models and network reconfiguration approaches. Secondly, distributed multi-level cooperation mechanisms and joint design approaches will be proposed, which mainly include multi-level cooperations among nodes and networks, and cooperative multi-path transmission approaches. Next, we are going to study efficient task scheduling and resource allocation mechanisms based on multi-level cooperation, proposing flexible task scheduling and resource allocation models. Finally, we will propose service-adaptive data transmission techniques, focusing on adaptive data transmission models and on-demand service mechanisms. This project will found a set of new theories and key technologies for uninterrupted and service-adaptive data transmission in space information networks with wide-band and real-time requirements. Innovative results will be delivered. These results can effectively promote the overall goals of the Major Research Plan on Basic Theory and Key Technology of Space Information Networks.

空间信息网络中，节点在时空域上高动态运动；节点资源有限且负荷不均；业务需求随任务变化，这些特点对现有的网络通信理论提出了严峻挑战。本项目以空间信息网络的时空动态性控制原理和宽带实时性保障机理两个科学问题为核心，深入研究：(1)大尺度时空动态性控制与网络重构机理。研究时空域拓扑动态性控制模型与网络重构方法。(2)分布式、多层次协作模型与方法。研究节点之间、网络之间的多层次协作模型、以及多路径协作传输方法。(3)基于多层次协作的任务与资源调度模型。提出弹性的任务调度与资源分配方法。(4)业务自适应的数据传输方法。研究基于业务需求的自适应传输模型和适度服务机制。本项目将建立支持传输连续性、业务自适应的空间信息网络宽带实时通信的若干基础理论与关键技术，取得系统的创新成果，为“空间信息网络基础理论与关键技术”重大研究计划总体目标的实现形成有效支持。

空间信息网络中，节点在时空域上高动态运动；节点资源有限且负荷不均；业务需求随任务变化，这些特点对现有的网络通信理论提出了严峻挑战。本项目主要研究内容包括分布式协作机理、业务自适应的数据传输方法、适度服务机制、以及大尺度时空动态性控制以及基于协作的任务与资源调度方法。. 三年多来，本项目研究了分布式、多层次协作模型与方法，为克服“过顶传输”带来的长时延、低效率提供关键技术。研究了业务自适应的数据传输方法，设计实现了需求驱动、环境适应的多种路由算法与优化方法。研究大尺度时空动态性控制机制与任务与资源调度方法，为卫星组网、数据连续传输提供支持。. 项目全面完成了各项考核指标。(1) 在国内外期刊和国际学术会议上发表（录用）学术论文40篇（计划25篇），包括: CCF A类论文4篇（IEEE TPDS 2篇，IEEE TMC，InfoCom 2018）；CCF B类论文4篇（IEEE TWC 2篇，IEEE TITS，JCST，IEEE ICDCS）；JCR 1 区论文 1 篇（IEEE TII）；国际会议最佳论文1篇（AINA 2017，2/561）；SCI/SCIE论文14篇；IEEE Transactions论文8篇（IEEE TPDS 2篇，IEEE TMC 1篇，IEEE TWC 2篇，IEEE TITS，IEEE TCC，IEEE TII）。(2) 出版学术专著1本。(3)获得授权的国家发明专利4项；审核中的发明专利9项（计划3项）。登记软件著作权5项。(4)研发了卫星网络传输仿真系统。(5)培养了1名博士后、6名博士生、14名硕士生（计划8名）。. 本项目初步建立了以多层次协作为基础的空间网络自适应协作传输关键技术体系，形成了多项创新成果。成果具有重要的研究意义，为国家大力发展的空间网络发展战略形成有效支持，有望带来显著的社会与经济效益。