多层多域卫星网络中激光与微波融合协同通信方法研究

The laser and microwave fusion cooperative communication method is the best solution for high speed and high volume communication problems in multilayer multi-domain satellite networks. This project is based on in-depth research of multi-layer satellite network structure, networking strategy and resource management strategy based on situational awareness. A multi-layer multi-domain satellite network collaborative communication system architecture will be proposed based on laser/microwave fusion. A cooperative game theory based multi network cooperative and efficient networking strategy for satellite networks will be presented. A cooperative management strategy of laser/microwave fusion satellite network based on situational awareness will be put forward. The intra-domain and inter-domain routing strategy in multi-layer multi-domain satellite networks and multi-layer multi-domain laser/microwave fusion cooperative communication system scheme will be proposed. A simulation experiment system will be set up. The proposed schemes will be analyzed and experimentally verified. The achievement of this project can solve the problems of using satellite as relay station to achieve seamless global network coverage and information capacity transmission. It will provide a new way for the realization of high-speed and large capacity satellite communication system.

激光与微波融合协同通信方法是多层多域卫星网络中高速率大容量通信难题的最佳解决方案，本项目在深入调研国内外多层卫星网络结构、组网策略以及基于态势感知的资源管理策略等的基础上，提出基于激光/微波融合的多层多域卫星网络协同通信系统体系结构、基于合作博弈论的卫星网络多网协同高效组网策略、基于态势感知的激光/微波融合卫星网络资源协同管理策略、多层多域卫星网络协同通信中域内及域间路由选择策略以及多层多域激光/微波融合协同通信系统方案，建立模拟实验系统，进行性能分析和方案优化，该项目成果解决利用卫星作为中继站实现全球网络无缝覆盖以及信息大容量传输的等问题，将为高速、大容量的卫星通信系统的实现提供新途径。

基于多层多域卫星协同通信网络的复杂光/微波信道特性，研究多层卫星网络结构、组网策略以及基于态势感知的激光/微波融合卫星网络资源协同管理策略、多层多域卫星网络协同通信中域内及域间路由选择策略以及多层多域激光/微波融合协同通信系统方案。设计了一种基于激光/微波融合的多层多域卫星网络协同通信系统体系结构，该架构可实现卫星通信过程中的实时性和光覆盖性；提出了激光/微波混合组网策略，在多层多域卫星网络协同通信中可提升数据传输速率、增加灵活性；提出了激光/微波混合链路跨层跨域路由策略，综合考虑激光/微波融合卫星网络限制条件，实现全球大容量和低时延传输；提出了一种基于自适应光学的混合输入输出算法，补偿高斯光束在星地激光链路中湍流传输失真；提出了一种基于非正交多址接入技术的卫星网络下行链路的资源分配方法，能满足多样化的服务质量需求，实现系统容量和用户公平性的折中；提出了一种资源预留算法有效地预测流量，提高频谱资源的利用率，降低优先级业务的阻塞率；设计了高鲁棒性控制平面架构与协议，改善网络可靠性；提出了一种基于Q-learning的功率分配方法，保持用户QoS和公平性的同时提高容量降低功耗；提出了一种完整的低轨巨型星座网络容量分析方法，包括网络拓扑、任务权重分布建模以及网络容量估计算法；提出基于链路优化的动态业务疏导策略,降低网络阻塞率,提高频谱资源利用率；提出了一种基于地理位置编码IP的负载均衡路由算法；提出了基于遗传算法的业务分类自适应RWA算法，对不同的业务进行区别，针对其需要的指标进行RWA分配；提出一种星上路由与频谱分配优化方法，在LEO星座上计算路由并利用匹配法分配频谱资源；提出一种基于注意力机制的多用户协同移动边缘计算动态卸载系统构建方法，将聚焦于单用户的孤立卸载任务的研究转变为多用户协同任务卸载；提出一种多层卫星数据转发方法及系统，提高网络负载均衡能力；研究了星座回传场景下的低复杂度的负载均衡路由算法；提出基于模糊控制的弹性光网络动态RMSA算法，提高了网络的自动配置能力和频谱碎片的优化能力；分析各种光/微波器件的时延机理，建立多层多域卫星网络激光/微波融合协同的拟仿真系统，对所提方案进行仿真验证优化。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15篇，并申请发明专利7项。项目研究成果为我国多层多域卫星网络中激光与微波融合协同通信方法实现奠定理论基础。