基于空天車地一體化的軌道專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1、基于空天車地信息一體化的軌道專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1、研究空天車地立體環(huán)境下的信號(hào)傳輸機(jī)理，突破空間大范圍、長(zhǎng)距離寬帶通信技術(shù)（1）研究空、天、車、地立體環(huán)境下的傳輸機(jī)制和傳輸原理，確定適合軌道交通安全保障的專用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。（2）研究不同通信基站的大范圍、長(zhǎng)距離通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一體化專用網(wǎng)絡(luò)的高覆蓋、大帶寬及分層通信。（3）研究專用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)衛(wèi)星、平流層飛艇、無(wú)人機(jī)、列車及地面基站間的通信方式，確定高可靠通信協(xié)議與通信制式。（4）研究專網(wǎng)在不同應(yīng)用場(chǎng)景下，通過(guò)對(duì)組網(wǎng)方式、傳輸協(xié)議等軟硬件技術(shù)綜合優(yōu)化傳輸性能，有效提高專網(wǎng)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性、魯棒性及使用壽命等。大家可以看見(jiàn)每個(gè)任務(wù)下可能有若干個(gè)小技術(shù)點(diǎn)，用（1）、

2、（2）標(biāo)明。每個(gè)小技術(shù)點(diǎn)按照“大致分析每個(gè)內(nèi)容中的技術(shù)難點(diǎn)，然后看看現(xiàn)有解決技術(shù)手段有哪些？株洲所是否具備技術(shù)基礎(chǔ)、是否能對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行研究或解決？株洲所不具備的話哪些公司過(guò)高校可能具備？”的思路，寫個(gè)兩三百字即可。任務(wù)緊急，麻煩大家按照規(guī)定的時(shí)間提交，謝謝，記得解密！研究空天車地立體環(huán)境下的信號(hào)傳輸機(jī)理，突破空間大范圍、長(zhǎng)距離寬帶通信技術(shù)；1、研究空天車地立體環(huán)境下的信號(hào)傳輸機(jī)理，突破空間大范圍、長(zhǎng)距離寬帶通信技術(shù)技術(shù)難點(diǎn)：天地一體化存在多個(gè)問(wèn)題：A， 拓?fù)浣Y(jié)果是動(dòng)態(tài)變化的；鏈路誤碼率高、鏈路切換不可預(yù)知、路由時(shí)間有限、鏈路傳輸時(shí)延長(zhǎng)；B， 網(wǎng)絡(luò)存在物理環(huán)路：子網(wǎng)是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、星座間存在著多路徑

3、傳輸?shù)膯?wèn)題、存在物理環(huán)路；C， 計(jì)算能力有限：需要宇航級(jí)的芯片處理能力、處理能力有限、存儲(chǔ)能力有限；D， 間距較遠(yuǎn)，易受干擾：上下不對(duì)稱、傳輸時(shí)延大、易受外界干擾、安全威脅和攻擊大。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系，是采用IP交換還是采用其他的交換方式，不僅要考慮現(xiàn)有的系統(tǒng)，更重要的是要兼顧未來(lái)的發(fā)展，傳輸協(xié)議，路由協(xié)議和接入機(jī)制都要進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)和開發(fā)。目前，天地一體化網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議正處于“百家爭(zhēng)鳴”階段，普適性較差；現(xiàn)有傳輸協(xié)議主要面向深空段、空間段或鄰近空間段的星際間或星地間通信。針對(duì)未來(lái)大量用戶的按需接入機(jī)制還沒(méi)有一個(gè)完整的解決方案。 安全問(wèn)題同樣重要。“從網(wǎng)絡(luò)的物理層到應(yīng)用層，天地一體化

4、網(wǎng)絡(luò)都存在安全隱患，并呈現(xiàn)出與地面網(wǎng)絡(luò)不同的安全特征，信息安全保障的任務(wù)艱巨。”劉立祥對(duì)記者說(shuō)，天地一體化網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳輸特性、復(fù)雜組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、軟硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)缺陷、空間環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，使得它更容易受到竊聽、假冒、信息重放、物理?yè)p傷等手段的攻擊和破壞。 此外，由于地面設(shè)備、衛(wèi)星和其他航天航空設(shè)備距離較遠(yuǎn)，相互之間通信時(shí)延較大，通信鏈路也容易受到來(lái)自外界的干擾（如宇宙射線、電磁信號(hào)等），可能會(huì)加大信號(hào)傳輸中的錯(cuò)誤率。光通信技術(shù)的發(fā)展，為綜合傳送各種業(yè)務(wù)信息提供了必要的帶寬和傳輸質(zhì)量1）、需要研究空、天、車、地立體環(huán)境下的傳輸機(jī)制和傳輸原理，確定采用何種適合軌道交通安全保障的專用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；現(xiàn)

5、有的技術(shù)手段:現(xiàn)有的技術(shù)手段是，這個(gè)是重點(diǎn)，我需要在這個(gè)方面重點(diǎn)調(diào)研一下，比如采用*傳輸方法，導(dǎo)致*；第二:這是基礎(chǔ)、研究，株洲所在基礎(chǔ)研究上面非常薄弱，以前就沒(méi)有專門的研究過(guò)。只是拿來(lái)進(jìn)行實(shí)踐。所以最好說(shuō)不行，否則誰(shuí)來(lái)搞？株洲所在這個(gè)方面技術(shù)儲(chǔ)備非常少，正在起步和積累階段，如果投入足夠的人力和資源，可以對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行研究和解決。株洲所不具備的，航天科技有限公司具備該項(xiàng)基礎(chǔ)，此為基礎(chǔ)技術(shù)研究，需要長(zhǎng)時(shí)積累，我司可以通過(guò)發(fā)揮我們的專長(zhǎng)：網(wǎng)絡(luò)控制方法，列車實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議等方案，推薦與第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作?？梢院献鞯膯挝挥? 一：中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五O三研究所（航天恒星科技有限公司），其已經(jīng)

6、建立天地一體化信息技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；二：北京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院現(xiàn)有技術(shù):我國(guó)天地一體化天基與地基信息網(wǎng)絡(luò)1天地一體化天基與地基通信網(wǎng)絡(luò)天地一體化天基與地基通信網(wǎng)絡(luò)即天地一體化衛(wèi)星通信網(wǎng)與地面通信網(wǎng)。衛(wèi)星通信網(wǎng)與地面通信網(wǎng)一體化即為彼此綜合或融合，它是通信網(wǎng)的重要發(fā)展方向，其典型綜合示例如圖4所示。國(guó)際電聯(lián)（ITU）對(duì)移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)與地面移動(dòng)通信業(yè)務(wù)IMT2000（International Mobile Telecommunication-2000)的綜合，根據(jù)衛(wèi)星系統(tǒng)與地面系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)綜合的程度不同，把綜合劃分為五個(gè)層次：第一層為地理綜合；第二層為業(yè)務(wù)綜合；第三層為網(wǎng)絡(luò)綜合；

7、第四層為設(shè)備綜合；第五層為系統(tǒng)綜合。圖4 衛(wèi)星通信網(wǎng)與地面通信網(wǎng)綜合示意圖衛(wèi)星通信網(wǎng)與地面通信網(wǎng)綜合，促使天地一體化通信網(wǎng)發(fā)展。隨著衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)、衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)、衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)三種業(yè)務(wù)融合，地面電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三網(wǎng)融合，各種衛(wèi)星通信網(wǎng)與各種地面通信網(wǎng)互聯(lián)互通，各個(gè)國(guó)家之間通信網(wǎng)互聯(lián)互通，未來(lái)的通信網(wǎng)，將是一個(gè)包括地下的光纜，地面的微波中繼和蜂窩移動(dòng)通信，低軌道、中軌道以及靜止軌道的通信衛(wèi)星系統(tǒng)組成的服務(wù)于全球的綜合通信網(wǎng)。它們之間既可以單獨(dú)組成通信系統(tǒng)，又可以在不同系統(tǒng)間互聯(lián)互通，最后構(gòu)成全球無(wú)縫覆蓋的天地一體化的海、陸、空、天共用的能夠提供各種帶寬和多種業(yè)務(wù)的全球綜合通信網(wǎng)。2天地一體

8、化天基與地基遙感網(wǎng)絡(luò)包含天、空、地的各種平臺(tái)和各種遙感傳感器資源的融合構(gòu)想示例見(jiàn)圖5。此圖是天、空、地一體化的地球空間信息智能傳感器網(wǎng)絡(luò)(Geoinfo-Sensor-Web, GSW)。智能傳感器是具有信息處理、環(huán)境適應(yīng)和自我修復(fù)功能的傳感器，可采集、處理、交換信息，并自動(dòng)恢復(fù)受環(huán)境影響而降低了的感知性能。智能傳感器一般與微處理器和無(wú)線發(fā)送裝置集于一體，稱作無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)一般置于觀測(cè)對(duì)象的附近，或與觀測(cè)對(duì)象直接接觸，甚至埋于感興趣觀測(cè)對(duì)象當(dāng)中。圖5 地球空間信息智能傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)GSW的天、空、地協(xié)同式骨干網(wǎng)絡(luò)包括5層感知網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)：太空平臺(tái)，由遙感衛(wèi)星和衛(wèi)星地面接收站組成，衛(wèi)星含各

9、種光學(xué)、微波、紅外的對(duì)地影像獲取傳感器或重力、磁力、大氣、電離層的傳感器；高空平臺(tái)，由平流層氣球組成，含所需的光學(xué)、微波、紅外等傳感器載荷和定位及通信裝置；中空平臺(tái)，由載人航空攝影測(cè)量和航空大地測(cè)量設(shè)備組成，含通信裝置和時(shí)空、姿態(tài)傳感器；低空平臺(tái)，由無(wú)人機(jī)裝載的攝影測(cè)量、工程測(cè)量和大地測(cè)量設(shè)備組成，也含通信設(shè)備和時(shí)空、姿態(tài)傳感器；地基平臺(tái)，由CORS（Continuously Operating Reference Stations)網(wǎng)與各種專業(yè)的智能傳感網(wǎng)以及地面地理域情智能傳感網(wǎng)組成，近地或就地感知地理域情信息，它是地球空間信息智能傳感網(wǎng)的地基基礎(chǔ)設(shè)施。上述每一種傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)都有自己的智能

10、化數(shù)據(jù)處理中心，這些處理中心實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通、共享互操作，向用戶提供“所要即所得”的服務(wù)。其次是光通信技術(shù)的發(fā)展，為綜合傳送各種業(yè)務(wù)信息提供了必要的帶寬和傳輸質(zhì)量；最后最重要的是TCP/IP協(xié)議的普遍采用，使得以IP為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)都能在不同的網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)互通。于是，形成了以寬帶IP網(wǎng)絡(luò)即互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)三大網(wǎng)絡(luò)融合。本文以保障數(shù)據(jù)可靠傳輸為前提,以大范圍持續(xù)性中繼通信為應(yīng)用,針對(duì)空天信息網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和信息傳輸需求,在網(wǎng)絡(luò)層面進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸策略的研究。重點(diǎn)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)可靠轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化,以及突發(fā)狀況時(shí)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等問(wèn)題設(shè)計(jì)相應(yīng)策略,為空天信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可靠、高效的數(shù)據(jù)傳輸提供解決方案。本文的主要工作

11、和貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面:(1)為保障空天信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可靠轉(zhuǎn)發(fā),針對(duì)網(wǎng)絡(luò)高動(dòng)態(tài)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了空天信息網(wǎng)絡(luò)的總體路由策略。本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各類節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)建立了空天信息網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)模型,明確了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中各類節(jié)點(diǎn)的功能和任務(wù),并對(duì)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析。針對(duì)空天信息網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),確定了總體路由機(jī)制。在此基礎(chǔ)上針對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化,尤其是高動(dòng)態(tài)用戶的位置變化,提出了路由轉(zhuǎn)發(fā)策略。在路由轉(zhuǎn)發(fā)策略中,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址和包頭的設(shè)計(jì)以及用戶位置查詢方法,實(shí)現(xiàn)用戶高速移動(dòng)情況下路由的快速建立,并通過(guò)路由維護(hù)策略保證用戶頻繁切換時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的可靠性,為高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)提供了總體的技術(shù)框架。(2)為實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)需求

12、的保障和網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化利用,對(duì)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文在分析網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型和網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)上,提出了跨層資源優(yōu)化模型,明確了網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議的協(xié)作和信息共享方式。然后針對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源受限、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化和業(yè)務(wù)多樣等特點(diǎn)提出了基于跨層資源優(yōu)化的 QoS路由協(xié)議。該協(xié)議設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息庫(kù)、各類業(yè)務(wù)的路由協(xié)議優(yōu)化模型以及計(jì)算優(yōu)化路徑所需的路由算法,根據(jù)應(yīng)用層提供的業(yè)務(wù)類型、QoS需求以及應(yīng)用層、鏈路層共同提供的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行路由的優(yōu)化。在數(shù)據(jù)可靠轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)上,提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。(3)為提高 TCP業(yè)務(wù)的傳輸效率,優(yōu)化利用瓶頸鏈路資源,對(duì) TCP擁塞控制方法進(jìn)行了優(yōu)化。本文結(jié)合 TCP原理和空天信息網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn),對(duì)