面向海洋网络的低时延信息服务关键技术研究

The utmost consideration of low-latency technologies and their application into ocean networks for time-constraints help protecting military use in areas such as accurate warning and oceanic defense. Various factors, such as node mobility, diversity and network heterogeneity affect a complicated and variable network topology under the oceanic environments. Estimation of network latency increasingly becomes uncertain and there comes rise of bottlenecks in time-constraint applications. Consequently, this project will aim to propose a method in order to particularly minimize the ocean networks delay with general emphasis on low-latency observation applications. Based on ocean characteristics, the implication of the project is to establish a probabilistic prediction model of network connectivity, propose an edge computing orchestration mechanism, and suggest a network virtual function service chain optimization scheme with the completed simulation verifications under specific application scenario. Characteristically, this project concentrates attention on: ① the modeling of connectivity probabilities for highly dynamic heterogeneous oceanic networks based on the stochastic geometry; ② the optimization of edge computing transmission routes and the offloading of collaborative edge computing data for low-latency requirements; and ③ the optimization of the network virtual function service chain based on ocean network cluster structure. The research outcomes can provide strong theoretical and experimental proofs for the low-latency ocean information services of Chinese Global Oceanic Observatory Networks as well as pertinent observations and monitoring applications.

海洋网络低时延技术是保障海洋军事领域防御、精确预警和判定打击时效的关键。因海洋环境的特殊性、网络的异构性、组网节点的移动性和差异性等因素，使海洋信息网络拓扑结构复杂易变，增加了信息传输时延的不确定性，成为海洋低时延观监测应用推广的瓶颈。为此，本课题以海洋低时延观监测应用为背景，拟建立一套面向海洋信息网络的时延控制方法：建立基于海洋网络特性的连通概率预测模型，提出符合网络特征的边缘计算编排机制与网络虚拟功能优化算法，并完成在具体应用场景下的仿真验证。重点开展：①高动态异构海洋网络连通概率预测建模；②建立海洋网络下的边缘计算传输路径策略与协作数据卸载机制；③提出基于海洋网络节点簇结构的网络虚拟功能服务链优化算法。研究成果可为我国“全球海洋立体观测网”低时延信息服务和实现相关观监测应用打下扎实的理论基础和实验验证准备工作。

海洋网络低时延技术是保障海洋军事领域防御、精确预警和判定打击时效的关键。因海洋环境的特殊性、网络的异构性、组网节点的移动性和差异性等因素，使海洋信息网络的拓扑结构复杂易变，增加了信息传输时延的不确定性，成为海洋低时延观监测应用推广的瓶颈。为此，本课题以海洋低时延观监测应用为背景，建立了一套面向海洋信息网络的时延控制方法。具体包括：建立基于海洋网络特性的连通概率预测模型和提出符合网络特征的边缘计算编排机制与网络虚拟功能优化算法，并完成在具体应用场景下的仿真验证。重点开展的研究工作包含：高动态异构海洋网络连通概率预测建模；建立海洋网络下的边缘计算传输路径策略与协作数据卸载机制；提出基于海洋网络节点簇结构的网络虚拟功能服务链优化算法。研究成果可为我国“全球海洋立体观测网”低时延信息服务和实现相关观监测应用打下扎实的理论基础和实验验证准备工作。项目研究结果主要体现为：在海洋网络建立基于近海以及远海的随机几何建立高动态异构海洋网络连通概率模型，在此基础之上设计了海洋网络环境下边缘计算卸载传输路径与基于海洋网络设备功能多属性的边缘计算数据卸载机制。最后，基于海簇结构的NFV服务链优化机制进一步挖掘网络资源适配机理，实现了降低海洋网络操作和海事服务交付时间的目的，完成针对低时延、高可靠的海洋观监测应用时延控制关键技术双重保障。实验结果表明，本项目所提方法较传统方法可降低30%以上的网络延时并可节约20%以上的网络成本，极大提高了各类海事应用的用户体验。