[發(fā)明專利]基于分層自治域的空間信息網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)動態(tài)組網(wǎng)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410061269.0
• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN103780475B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張更新;茍亮;邊東明;謝智東;張威;孔博;李永強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號: H04L12/46
• 分類號: H04L12/46
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 吳茂杰,朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間信息網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于分層自治域的空間信息網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)動態(tài)組網(wǎng)方法。

背景技術(shù)

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，越來越多的衛(wèi)星被布置到太空，使得通信范圍得到了極大拓展。然而，傳統(tǒng)的以單個(gè)衛(wèi)星作為中繼采用星地鏈路的通信方式已經(jīng)難以滿足實(shí)際應(yīng)用，而涵蓋衛(wèi)星、升空平臺及地面網(wǎng)絡(luò)的空天地一體的空間信息網(wǎng)絡(luò)成為空間通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。

空間信息網(wǎng)絡(luò)是以空間平臺（如同步衛(wèi)星或中、低軌道衛(wèi)星、平流層氣球和有人或無人駕駛飛機(jī)等）為載體，實(shí)時(shí)獲取、傳輸和處理空間信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。空間信息網(wǎng)絡(luò)建立在天基、空基和地基三層網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將空天地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的結(jié)合，發(fā)揮各層網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，拓展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，簡化信息交換的手段，具有信息容量大、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，優(yōu)勢互補(bǔ)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)空天地網(wǎng)絡(luò)資源的合理配置，達(dá)到最大的網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

作為國家重要基礎(chǔ)設(shè)施，空間信息網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)遠(yuǎn)洋航行、應(yīng)急救援、導(dǎo)航定位、航空運(yùn)輸、航天測控等重大應(yīng)用的同時(shí)，向下可支持對地觀測的高動態(tài)、寬帶實(shí)時(shí)傳輸，向上可支持深空探測的超遠(yuǎn)程、大時(shí)延可靠傳輸，從而將人類科學(xué)、文化、生產(chǎn)活動拓展至空間、遠(yuǎn)洋、乃至深空，是全球范圍的研究熱點(diǎn)。

雖然具有以上很多優(yōu)點(diǎn)，但空間信息網(wǎng)絡(luò)與其他通信系統(tǒng)相比，需要面對以下挑戰(zhàn)：

●節(jié)點(diǎn)種類多，屬性、能力不同，網(wǎng)絡(luò)具有異構(gòu)性；

●節(jié)點(diǎn)屬性隨時(shí)空變化，網(wǎng)絡(luò)行為復(fù)雜；

●鏈路動態(tài)變化，連接具有間斷性；

●空間節(jié)點(diǎn)動態(tài)運(yùn)動，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化；

●業(yè)務(wù)種類多，需求差異性大；

●頻譜、軌道、功率、存儲空間、處理能力等資源受限。

由于其組網(wǎng)方式復(fù)雜、通信平臺種類繁多、任務(wù)需求多樣化等特點(diǎn)，空間信息網(wǎng)具有較高的研究價(jià)值與較大的研發(fā)難度，是當(dāng)前空間通信網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。目前對空間信息網(wǎng)絡(luò)的研究主要包括：體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒙酚伤惴ā⒎抡媾c評估等方面。

空間信息系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)屬性差異較大，涉及通信平臺繁多，因此其體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直是一個(gè)難題。葛曉虎等人提出了一種基于三維MESH網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)（葛曉虎,劉應(yīng)狀,董燕,等.一種基于MESH結(jié)構(gòu)的空天信息網(wǎng)絡(luò)模型[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2008,25(5):39-42.；張登銀,劉升升.基于Mesh的空間信息網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2009,19(8):69-73.）。MESH結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是一種“多跳（multi-hop）”網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)中任何節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為接入點(diǎn)(Access?Point，AP)和路由器，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號，這種設(shè)計(jì)保證了網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。其中，GEO(Geostationary?Earth?Orbit)衛(wèi)星、高空氣球和地面通信平臺由于相對運(yùn)行穩(wěn)定，可以認(rèn)為處于對地靜止，以這些平臺為骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)成空天信息網(wǎng)絡(luò)中的骨干網(wǎng)；LEO(Low?Earth?Orbit)衛(wèi)星、高空飛機(jī)和其他航天器處于對地高速運(yùn)動中，則以這些平臺為非骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)成空天信息網(wǎng)絡(luò)中的非骨干網(wǎng)，非骨干網(wǎng)中的通信平臺通過接入骨干網(wǎng)形成與其它通信平臺的互連。三維MESH空天信息網(wǎng)絡(luò)的核心思想是將通信平臺按行為模式和功能特點(diǎn)組成骨干網(wǎng)和非骨干網(wǎng)，對于骨干節(jié)點(diǎn)以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、路由和高速通信為主要功能(包括高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、高速網(wǎng)絡(luò)路由和傳輸保障、異構(gòu)通信終端的兼容、終端節(jié)點(diǎn)的快速接入、授權(quán)、認(rèn)證和加密等功能)，對于非骨干節(jié)點(diǎn)以信息采集和網(wǎng)絡(luò)接入為主要功能。呂本偉等人在將網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架分為骨干網(wǎng)及非骨干網(wǎng)的基礎(chǔ)上，提出主服務(wù)小區(qū)（Primary?Service?Area,PSA）的概念（呂本偉,劉元安,胡鶴飛,等.AIR:基于QoS保障的空天信息網(wǎng)絡(luò)路由算法[J].2010.

），作為面向用戶接入的基本單位，對用戶進(jìn)行接入控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。同時(shí)，每個(gè)PSA通過其邊界節(jié)點(diǎn)接入到骨干網(wǎng)中，從而實(shí)現(xiàn)接入到不同PSA中的用戶之間的遠(yuǎn)距離相互通信。

關(guān)于空間信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞矫妫瑢W(xué)者們在構(gòu)建天基信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)要素節(jié)點(diǎn)與鏈接模型的基礎(chǔ)上，通過靜態(tài)建模與動態(tài)建模兩種方式來描述天基信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的運(yùn)行規(guī)律。提出了星形、環(huán)形、網(wǎng)狀等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型（王振永.多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007.），并分析了各種模型的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場合。