基于星间激光通信的卫星光网络组网交换路由理论与技术

The issue is intended for great demand of space based the high speed, large capacity, wide coverage, seamless integration of new space communication technologies in future. A research on theory and key technology of switching and routing is conducted based on laser intersatellite communication for optical satellite setworking. It consists of system frame research, access control scheme research, theory and technology of routing and wavelength assignment research and resource management technology research. The problem of key technology will be broken out, the corresponding core technology will be mastered and the network level simulation and experimental platform will be built. In the platform, effects of different factors can be studied and according scheme can be proposed to optimize the network performance of optical satellite network based on laser intersatellite communication. The project will achieve the basis work in switching and routing for satellite optical networking to enhance our nation's space technical flexibility, universality ,and innovation ability, and guide the spaceflight technologies to international leading status.

本课题面向未来基于激光的立体化卫星光网络重大需求，立足于未来高速率、大容量、广覆盖、无缝融合的新型空间通信技术，研究基于星间激光通信的卫星光网络组网交换路由理论与技术，包括体系架构研究、控制接入方案研究、路由与波长分配技术研究和资源管理技术研究；突破其关键技术难题，掌握相关核心技术，并建立该方案的网络通信系统模拟实验平台，研究各种因素对系统的影响，并提出相应的解决措施，优化卫星光网络系统网络性能。为我国在卫星光网络方面研究和建设提供技术支持，增加我国空间技术灵活性、广泛性和创新性，促进我国航天技术向着世界领先的技术水平发展。

基于空间网络环境的动态性和复杂性，面向未来高速数据传输和高效资源管理的需求，开展基于星间激光通信的卫星光网络组网交换路由理论与技术的研究。在研究传统多层卫星网络体系架构优势和未来空天地一体化卫星通信系统发展趋势的基础上，设计了基于星间激光通信链路的卫星光网络系统体系架构，具有强鲁棒性、大吞吐量、无缝覆盖、高可靠安全性、空间频谱资源利用率大大提高等优势；提出了基于微波与激光融合的用户高效接入方案，利用激光和微波链路融合的传输方式，在满足不同类型用户的实际业务需求的基础上最大化网络资源利用率；提出了一种基于蚁群优化的负载均衡动态路由与波长分配算法，考虑了全球业务分布特点，实现了卫星光网络的有效负载均衡；提出了一种基于跨层设计的动态路由与波长分配算法，根据链路传输时延、波长使用和多普勒波长漂移的变化自适应地动态调整光路径，保证了数据包转发的高效性；提出了一种基于服务概率和有限复制的延迟容忍网络路由算法，综合考虑有限的拷贝数量和卫星存储资源，解决了高延迟和低网络效率问题；提出了一种基于统一效用函数的跨层动态带宽分配策略，满足用户QoS需求的同时提高网络鲁棒性；提出了一种基于多层卫星网络的安全路由实现方法，提高了通信的安全性和可靠性；提出了一种基于蚁群算法的卫星光网络扩展寻径RWA算法，提高了算法的全局寻路能力，解决了波长资源使用不平衡的问题；提出了一种基于安全路由策略的负载均衡算法，在保证安全性的前提下实现了全局流量的均衡；设计了一种基于加权门限卫星秘密共享的安全路由方案，降低了恶意节点对网络安全性的威胁，满足了复杂网络环境下的对数据传输的高度保密性；构建了基于HLA的宽带卫星通信系统半物理仿真验证平台，实现了对宽带卫星光通信系统的性能进行模拟与分析，并具有可配置性更高、可扩展性更强的特点。本课题组在国内外学术期刊或学术会议上发表可被SCI、EI检索学术论文12篇，并申请发明专利3项。该项目研究成果将用于空间通信系统中卫星光网络的构建，并有效解决卫星通信高数据率大容量通信的难题。