通信、网络、计算融合的天地一体化信息网络体系架构研究

随着人类活动范围从大陆向海洋、太空的不断扩展,世界各国纷纷开始布局全球无缝覆盖、连接无处不在的天地一体化信息网络建设。天地一体化信息网络是天基网络与地面网络的深度融合,不是简单的地面向空间的拓展与叠加。从融合的角度出发,首先梳理了地面互联网、移动通信网、天基信息网络发展现状以及存在的问题与挑战;然后总结分析了天地一体化信息网络体系架构研究现状以及新型网络架构向云化、智能化发展的趋势;最后提出了通信、网络、计算融合的天地一体化信息网络的体系架构,并从物理架构、功能架构、物理与功能架构映射等多个维度进行了阐述,提出了一体化信息通信系统、一体化网络系统、一体化信息系统的3层功能架构模型,以期为后续天地一体化信息网络的研究、建设和标准化提供有价值的建议和参考。     

未来低轨信息网络发展与架构展望

近年来,伴随着运载、卫星、通信、网络、智能等技术的发展,天基网络形态正在发生质的变化。低轨(LEO)星座网络已经成为众多应用场景、业务承载需求的新选项,有向着全球覆盖、天地一体、多业务承载、持续演进、安全可控的天基通用信息网络基础设施发展的趋势,而这样的愿景对未来低轨星座网络架构提出了更高的要求。该文首先从空间网络、先进卫星以及天地网络融合3方面技术领域对近年来低轨星座网络相关技术的发展现状进行了概述,并对低轨星座网络发展的愿景与趋势进行了分析研判。在此基础上,该文提出基于软件定义(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)的全云化卫星-5G融合网络架构,使网络具备架构可编程、网络功能抽象解耦以及去中心化的核心优势,辅以意图驱动网络等智能网络运行管理方法,实现网络的多业务承载、持续演进、自动化管理等能力。最后,该文对需重点关注的技术方向进行了展望。     

天基信息网络发展与应用

针对近来作为国内外研究热点的天基信息网络,介绍和分析了其新一代高通量卫星技术、低成本小卫星制造技术和低成本运载工具等技术基础。同时分析指出天基信息网络在网络架构融合设计,包括高低轨卫星联合组网和卫星与5G融合技术,以及低成本卫星和天基信息网络组网方式优化等有待突破的关键技术难题。在此基础上,针对天基信息网络的应用,分析并指出了政策法规、运营成本、地面通信竞争和行业发展趋势的四重挑战。最后,基于市场调研和数据分析得出,天基信息网络在航空、航海等领域有着广阔的市场,其应用的关键在于实现低价优质的卫星通信服务。     

天地一体化信息网络中天基卫星网络架构设计

为了充分利用各种空间设施资源,提升天基信息网络覆盖与传输能力,分别从天基信息网络体系架构和逻辑功能架构角度进行了系统性设计。与以往天基网络的设计不同,该设计更注重各类卫星网络的深度融合应用,为此将网络虚拟化技术引入天基卫星网络。同时,还提出了解决新架构下卫星组网难题的方法,将电磁涡旋、卫星灵活载荷和边缘计算技术设计到天基网络。仿真表明,所提出的架构能有效提升频谱利用率和减少卫星网络信令开销。     

基于SDN的按需智能路由系统研究与验证

软件定义网络(SDN)是一种新型的网络技术,SDN开放可编程的理念与网络管道智能化的需求能够完美地契合。在基于SDN的下一代高智能网络(S-NICE)总体架构研究的基础上进行探索,论述了S-NICE架构中的核心系统——按需智能路由系统的关键技术、系统设计、部署验证和应用场景。     

智简空天地一体化网络

空天地一体化网络融合空基、天基、地基网络,提供超大规模全局性连接,真正实现全域泛在通信。针对空天地一体化网络因环境复杂、业务多样、节点异构、资源异质等导致的巨大挑战,通过有机融合智简系统与软件定义网络,提出智简空天地一体化网络解决思路,以“局域按需智简、广域达意智简”为核心方法,克服网络拓扑、路由、资源管控等难题,实现从软件定义网络到智简网络的范式跨越。     

基于SCTP和移动IP的GEO天基网络移动性管理

相比基于低轨(LEO)卫星的天基网络,基于静止轨道(GEO)卫星的天基网络具有空间节点数量少、拓扑结构简单和系统建设成本低的优点。围绕用户终端在GEO天基网络中的移动性管理问题,利用移动IP架构的位置管理功能定位并追踪移动用户终端的网络位置,基于流控制传输协议(SCTP)的多地址归属特性保证移动切换过程中数据传输连接的连续性,提出了一种融合SCTP协议和移动IP架构的GEO天基网络移动性管理方案,具有良好的网络安全特性。测试结果表明,该方案既消除了移动IP架构固有的"三角路由"缺陷,同时具有较高的切换平滑性,是解决GEO天基网络移动性管理问题的有效方案。     

基于SDN的工业无线网络能量高效型路由算法

在智能制造背景下,为了提高无线网络的灵活性和能量使用效率,提出基于软件定义网络(SDN)的工业无线网络能量高效路由算法(SDERA)。基于SDN数据平面和控制平面分离的思想,构建了新型的工业无线网络模型,控制器根据应用需求、节点的剩余能量和负载等因素,计算全局最优路由策略并分发给交换节点,交换节点按照控制器的决策在不同的逻辑子网中转发数据包。当节点和链路质量信息以及应用需求发生变化时,控制器可以动态地调整路由策略,提高能量使用效率和网络性能。仿真实验结果表明,该路由算法有效地延长了网络的生存时间,提高了网络的能量使用效率。     

SDN技术在广播电视播控网络智能化改造中的应用

探讨软件定义网络（Software Defined Network,SDN）技术在广播电视播控网络智能化改造中的应用。分析智能化改造的业务、技术和经济需求,指出传统网络架构在面临媒体形态多样化和观众需求个性化时的局限性。阐述SDN技术在网络架构优化、动态资源分配、流量工程优化、安全保障强化以及开放接口与生态系统构建等方面的应用策略。通过引入SDN技术,广播电视播控网络能够实现更高效、灵活和安全的运行,满足不断增长的业务需求,降低运营成本,推动行业的数字化转型和升级。     

基于SDN的数据中心网络路由算法研究

针对云计算、大数据等互联网应用规模不断扩大,新应用的发展对传统网络提出更高效集中的网络管理需求、高效灵活的组网需求。文章对在软件定义网络架构下的数据中心网络路由方面展开研究,提出基于流分类的软件定义数据中心网络路由算法,使用改进的路由算法,在Fat-Tree架构上建立流量模型并与传统的ECMP算法进行性能分析和对比。结果表明,文章中提出的路由算法能够在提高链路利用率的基础上提高网络吞吐量和降低分组端到端时延。     

天地一体化信息网络激光通信系统发展设想

空间激光通信技术具有通信速率高、保密性好、抗干扰能力强等优点,成为近年来的研究热点,并相继在天基信息网络中得到广泛应用。首先对国际激光通信技术的发展态势进行了分析,然后从我国天地一体化信息网络的需求出发,对不同的应用场景上的激光通信系统进行了分析,提出了我国天地一体化信息网络激光通信系统发展的建议。     

天地一体化信息网络统一编址与路由研究

天地一体化信息网络将是支持地面互联网、无线移动网络和空间网络相互连通、深度融合的一体化网络,采用统一的网络层设计是实现高效融合与互联互通的关键所在。针对空间链路和空间网络在稳定性、可靠性等方面的特点,提出了天地一体化信息网络的统一编址与路由的方案,基于IPv6和层次路由的方式实现网络层的高效融合,具有良好的可扩展性、可用性、稳定性、可管控性。     

基于端侧计算的天地一体化SDN实现思路

天地一体化网络结构复杂，并且存在网络异构、拓扑动态、间歇连通、节点高度暴露等特性，传统SDN实现存在诸多限制，提出了一种基于端侧计算的SDN实现方法，基于SDN理念实现的天地一体化信息网络，将天基网络控制与数据分离，利用通信端（移动终端和固定地面骨干网络）的计算能力，卸载天基平面的SDN控制器的计算工作量，从而实现了数据转发平面的极大简化，并提出了切实有效的验证方法。     

基于边缘智能协同的天地一体化信息网络研究

随着应用需求的发展，如何在天地一体化网络的异构组网环境中以及大时空尺度下提供高效的网络服务成为新的挑战。基于对未来天地一体化信息网络需求的分析，提出一种未来天地一体化网络架构——基于边缘智能协同的天地异构融合标识网络架构，介绍了架构的 3 种关键技术，即服务标识建模及分发机制、异构网络资源深度自感知机制和天地异构网络协同融合机制。最后，介绍了所提架构在高铁通信、民航通信、普惠服务以及特种通信场景中的应用前景。     

Cross-network access control mechanism for complex network environment

Complex network environments,such as space-ground integrated networks,internet of things and complex private networks,have some typical characteristics,e.g.,integration of multi-network and information flow in cross-network.These characteristics bring access control for complex network environment the new requirement of coarse-grained control,sticky policies and inconsistent operation semantics.To satisfy these requirements,cross-network access control mechanism in complex network environments (CACCN) was designed by mapping the cyberspace-oriented access control.First of all,the process of mapping was illustrated using the example of space-ground integrated networks.Next,a management model was proposed to manage the control elements in CACCN and a series of management functions were designed by using Z-notation.The analysis on practical example demonstrates that the mechanism can satisfy a series of access control requirements.     

天地一体化信息网络在我国民航领域的应用设想

天地一体化信息网络工程将构建全球覆盖的安全、高效、实时、宽带数据传输网络,基于天地一体化信息网络的新一代机载通信、导航、监视系统是未来我国民用航空电子系统发展的重要趋势之一,可以显著提升机载航电系统能力,为航空运输的安全性、经济性、环保性、舒适性带来巨大的变革。在分析国外航空卫星系统在民用航空领域应用现状的基础上,针对我国天地一体化信息网络在民用航空领域的应用差距,提出了基于我国自主卫星系统的天地一体化信息网络在民用航空领域应用的建设设想、实施步骤及适航考虑。     

Research status and development trends of security assurance for space-ground integration information network

Space-ground integration information network consists of space-based backbone network, space-based access network, the node net of foundation, Internet, mobile communication network, which has important significance for the realization of the target of national security strategy. Firstly, the characteristics of space-ground integration network, such as exposed channel, heterogeneous network integration, etc, were analyzed. Also, the corresponding threats from the physical layer, operation layer, data layer were introduced. Secondly, a comprehensive study on current status of surviv-ability, anti-jamming, secure access, secure routing, secure handoff, secure transmission and key management were made. Finally, combined with research status, the important trends were proposed.     

关于天地一体化信息网络典型应用示范的思考

天地一体化信息网络通过多轨道卫星星座将陆基、海基、空基网络连接起来,构成覆盖全球的一体化通信网络,可以为我国海洋、航空、航天、信息普惠、商用全球宽带通信等多种应用场景提供全新的解决方案,为“一带一路”等国家战略实施提供通信应用及服务支撑。在充分汲取国际先进技术、产业和应用服务经验的基础上,通过开展典型应用示范系统的建设,可以进一步验证天地一体化信息网络的能力,牵引出更多应用需求和商业模式,并就未来天地一体化信息网络典型应用系统的建设提出了一些初步的考虑和设想,为全球各类用户提供基础公共服务及专业服务。     

卫星通信网络技术体制验证

近年来,构建全球覆盖、满足陆、海、空、天各类用户接入通信需求的卫星通信网络成为研究热点.卫星通信网络涉及网络构型、链路传输、接入控制、路由交换、管理控制以及安全保密等多层面、多类型技术体制,网络的技术体制、指标体系不容易确定,需要研究相应的体制验证方法,对网络架构、各层面技术体制、功能性能指标等进行有效验证,通过迭代优...     

天基测控网与天基综合信息网相关技术述评

天基测控系统和天基综合信息将是我国重要的航天基础设施，许多工作处于研究阶段。本文对天基测控系统、天基综合信息网的相关技术以及空间数据传输标准进行了论述。