深度融合的空间信息网络光/射频/分组混合交换机制与方法研究

Space information network is a space-time dynamic heterogeneous network. It requires not only the inter-connection of laser links and RF links, but also the convergence, integration and distribution between large granularity backbone services and variable packet size access services, so hybrid switching of laser/RF/packets has become one of the key problems that needs to be solved. Therefore, this project aims at the demand of deeply integration of hybrid switching and takes into account the characteristics of time-varying structures, complex behaviors and limited resource in space information network. First, an enhanced normalized labeling method will be proposed to deal with the control and management of uniform identifier in multi-layer deeply integration. Subsequently, a table of forwarding flow in integrative hybrids switching is going to be designed so as to intelligently choose hybrid switching route and effectively realize internal route of hybrid switching in time-varying network structure. Then a multi-granularity cross-layer integrative scheduling mechanism will be established to accomplish the synergistic switching of multi-layer services under the situation of space network resource shortage. Afterward, on the basis of the characteristics of transmission and distribution in space services, multi-granularity integration, distribution and grooming in hybrid switching will be studied to accomplish a cross-layer, multi-system compatible and configurable hybrid switching method. Finally, considering the restrictions of typical characteristics in space information network, simulation and experiment environment will be built to validate the correctness of theories and methods in hybrid switching. According to this project, a laser/RF/packets hybrid switching method suitable for space information network is expected to be put forward in order to provide theoretical and technical support for the construction of space information network in our country.

空间信息网络是一种空时动态异质异构网络，激光链路与射频链路之间需要互联互通，大粒度骨干业务与灵活可变分组业务之间需要汇聚和分发，光/射频/分组并存的混合交换就成为亟需解决的关键问题之一。为此，项目立足空间信息网络结构时变、行为复杂和资源有限等特性，以深度融合为根本要求，提出一种增强型归一化标签方法，解决多层深度融合中控制与管理统一标识问题；设计一体化转发表，智能选择混合交换路径，实现空时动态条件下的混合交换内部路由。建立多粒度跨层一体化调度机制，完成网络资源紧缺情况下多层业务协同交换；基于空间业务传输与分发的特点，研究混合交换中多粒度业务分发、聚合和疏导，形成跨层、多体制兼容和可配置的混合交换方法。在空间信息网络典型特征约束下，搭建仿真实验环境，验证混合交换理论和方法的正确性。通过研究提出一种适用于空间信息网络的光/射频/分组混合交换方法，为我国空间信息网络建设提供理论和技术支撑。

空间信息网络是一种空时动态异质异构网络，激光链路与射频链路之间需要互联互通，大粒度骨干业务与灵活可变分组业务之间需要汇聚和分发，光/射频/分组并存的混合交换成为其中亟需解决的关键问题之一。为此，项目立足空间信息网络结构时变、行为复杂和资源有限等特性，以深度融合为根本要求，重点开展了如下研究：.1．为满足空间信息网络异质业务在异构链路中的传输需求，研究了物理层（光层）/链路层/网络层的多粒度数据流汇聚、分发机理。依据传输网与业务网融合、控制和数据分离的总体要求，提出了光/射频/分组混合交换的基本方案；针对各层业务的差异化表征问题，提出了光/射频/分组的跨层标签归一化方法；为达到网络可重构、能力可扩展的功能要求，提出了光/射频/分组混合交换可重构方法。.2．针对多粒度业务数据冲突导致的性能下降问题，研究了光/射频/分组混合交换的业务资源调度方法。依据空间信息网络混合交换节点的业务流量自相似性和短相关性，提出了一种基于组合模型的混合节点流量预测算法，并对光/射频/分组混合交换节点中的缓存分配问题进行了分析与建模，缓存效率提升达21.9%；为实现多粒度数据在空间信息网络异构链路中的高效适配传输，提出了一种流量疏导调度策略与波长分配方法，在性能提升的同时节省了30%的波长使用数量；同时，针对分布式星群架构下的光/射频/分组混合交换问题，设计了一种基于双向图节点分割的疏导环构造方法，相比于传统算法，性能提升达33%。.3．基于光/射频/分组混合交换方案进行优化设计，完成了原理性半实物仿真与实验验证。针对空间信息网络高速光交换需求，研究了基于级联光学非线性四波混频效应（FWM）的再生型高速光交换技术，可有效缓解空间信息网络中星上资源紧缺难题，实现了满足系统应用需求的光交换矩阵；针对激光链路传输数据与微波链路传输数据之间的信息交互需求，开展了高速激光链路数据与高速微波链路数据光电适配技术研究，从汇聚技术和解汇聚技术两方面进行了方案设计和可行性验证。