海域多层次异构组网和资源优化调度关键技术研究

Marine hierarchical-heterogeneous network is a multi-level integrated marine communication network, with shore-based, ship-based, star-based, space-based, underwater sound/light base station access, transmission and information aggregation capability. The access control, heterogeneous networking and resource optimization scheduling technology is facing enormous challenges, according to different priorities and types of services. Considering the complexity of the heterogeneous network as a cross-network with multi-user and multi-service, it is necessary to apply the delay tolerance network technology, cooperative technology, TD-LTE and software definition network technology into the network architecture design. The vision is exploiting DTN technology based ship-borne Internet, and the space-sea cooperative DTN data transmission scheduling mechanism; exploring the underwater acoustic/optical communication network switching scheduling mechanism; and then software definition heterogeneous network implementation is proposed, especially its optimal target network selection scheme. The project is meant as a petri dish to provide valuable theoretical guidance and technical support of planning and performance evaluation for future marine hierarchical-heterogeneous network.

海域多层次异构网络是一个多层次的集成海洋通信异构网络，具有岸基、船载、星基、空基、水下声/光基站多种接入、传输、信息汇聚的能力，同时根据不同的海上通信优先等级及不同的业务种类，其业务接入控制、异构组网以及资源优化调度技术面临巨大挑战。充分考虑该异构网络作为一个跨网和承载多用户与多业务的巨系统的复杂性，拟应用延迟容忍网络技术、协作技术、TD-LTE及软件定义网络技术等，探索海域多层次异构网络架构，研究基于DTN技术的船载互联网络，及空海协同的船舶延时容忍网络数据传输调度机制；探索水下声/光通信网络切换调度机制；然后在此基础上提出该异构网络的软件定义实现，特别是其最优目标网络选择机制。课题将为构建海域异构网络前期规划和性能估算提供理论依据和技术支撑。

构建低成本，高带宽的“海上高速公路”是面向海事界提出的E-Navigation战略，适应目前航海领域业务遇险、紧急、安全以及常规通信、提供更有吸引力的业务需求的重要举措。以应对未来海事通信环境中各种复杂的环境和任务，带来航海模式更安全更高效的转变，也将宽带通信从陆地扩展到海洋,实现未来智能无人船舶的重要基础保障。本项目构建的海域多层次异构网络是一个多层次的集成海洋通信异构网络，通过综合利用岸边基站、卫星、岛礁、海上浮台、无人船、平流层飞艇等中继节点，具有岸基、船载、星基、空基、水下声/光基站多种接入、传输、信息汇聚的能力，同时根据不同的海上通信优先等级（遇险、紧急、安全、常规）、不同的业务种类（话音、数据通信、多媒体业务等）、不同的通信发起者（船、岸）及网络接入方式（岸基近距离接入、离岸中距离接入、海上移动平台接入扩展），其业务接入控制、异构组网以及资源优化调度技术面临巨大挑战。本项目充分考虑海域多层次异构网络作为一个跨网和承载多用户与多业务的巨系统的复杂性，应用延迟容忍网络DTN技术、协作技术、TD-LTE及软件定义网络（Software Defined Network, SDN）技术等，探索海域多层次异构组网和资源优化调度关键技术研究。拟解决如下基础科学问题：（1）船载互联延迟容忍网络数据传输调度问题；（2）空海协同网络数据调度问题；（3）水下声/光通信网络调度机制问题；（4）最优目标网络选择问题。海域多层次异构网络具备广域覆盖、实时获取、安全可控、随遇接入及按需服务的能力，其灵活的多址接入方案与资源调度配置方案，可为海洋水文气象、资源勘查、减灾、船舶数据传输等应用提供网络化信息服务，特别是对海上突发应用模式的资源灵活调度支持研究，从而优化系统业务接入控制和组网服务性能。这一项目的顺利实施将成为人类认识海洋，利用海洋的信息桥梁，也将开辟我国未来信息化领域重要的研究方向之一。