空间信息网络路由和传输协议优化理论及技术研究

Space information networks with a large spatial and temporal scales, constrained resource, complex spatiotemporal behavior and other characteristics, leading to space information network protocols based on theoretical and methodological ground network exist the problem of low efficiency and poor reliability. The project combines convex optimization and game theories, proposes spatial information network protocol cross-layer optimization design theory, Under constrained resource conditions, establishes integration of spatial information network protocols cross-layer optimization design method to solve the constrained resource and large spatial and temporal scales, etc. characteristics of spatial information network constraints protocol operating efficiency. Further, based on cross-layer protocol optimization design theory and methods, aim at slow convergence of routing information for the network and load imbalance problem, making high reliability high time efficiency TERS routing policy; Meanwhile, the key technologies’ simulation and analysis will be accomplished. The research of network protocol for spatial information networks will provide theoretical basis and technical support for network design and construction, network resource optimization and efficient control and management, as well as enhance the overall performance of the whole network protocol optimization.

空间信息网络具有大时空尺度、资源受限、时空行为复杂等特性，导致依据地面网络协议理论及方法设计的空间信息网络协议存在运行效率低、可靠性差等问题。本项目结合凸优化和博弈论等理论，提出空间信息网络的协议跨层优化设计理论，建立资源受限条件下空间信息网络协议一体化跨层优化设计方法，解决资源受限和大时空尺度等特性制约空间信息网络协议运行效率的问题。进一步，以协议跨层优化设计理论和方法为基础，针对网络路由信息收敛慢以及负载不均衡的问题，提出大时延高动态条件下高可靠高时效的TERS路由策略；同时，完成关键技术的仿真验证与分析。研究成果将为空间信息网络协议体系设计和网络构建，网络资源优化配置和高效控制管理，以及全网综合性能提升提供协议优化理论基础与技术保障。

为解决空间信息网络大时空尺度、资源受限和时空行为复杂等特性，导致直接应用现有网络协议存在网络运行效率低和可靠性差等问题，开展研究：.①针对空间信息网络节点快速运动，容易导致拓扑快速变化稳定性差，从而影响网络路由效率的问题，提出了网络层间建链策略，并针对空间信息网络资源受限和时空尺度大等特点，建立了协议栈跨层设计方法与理论模型，在此基础上，完成了面向应用层服务需求的跨层机制验证和PHY-MAC跨层设计, 突破了空间信息网络拓扑生成优化和面向业务的带宽分配方法等关键技术，实现了空间信息网络协议跨层设计，提高了协议的综合效能。.②针对卫星网络拓扑高动态变化、服务业务类型多样和卫星负载不均衡等特点，容易导致网络路由收敛速度慢、可靠性差以及无法满足QoS需求等问题，提出了基于地理位置的多业务低轨卫星网络路由算法，建立了卫星网络群间路由协议LW-AODV、基于多目标决策的路由算法、基于优先级机制的重路由策略等方法，解决了各类应用和运行等约束下空间信息网络路由快速收敛和高效可靠路由的问题，进一步研究了虚拟网络映射算法等，提高了空间信息网络资源综合效能。.③利用Matlab、NS2、VC++等开发工具完成了关键算法、方法和机理的仿真与分析，并以实验数据为指导进行改进和完善，搭建基于HLA/RTI的分布式仿真系统，进行了分布式仿真的演示与验证。同时，依托该项目结合项目组研究成果，研制了空间信息网络链路控制关键设备并参展国家“十二五”科技创新成就展。上述软硬件成果为本项目参与重大研究计划项目的演示验证提供了技术储备。.项目培养空间信息网络领域研究骨干1名，博士生2名，硕士生14名，发表论文14篇，授权发明专利2项，软件著作权3项，达到了预期研究目标，完成了预期研究内容，获得了预期研究成果。项目解决了空间网络特性对网络传输的时效性、可靠性和高效性的影响问题，为我国空间信息网络体系及协议的设计提供了技术支撑。