基于非精确信息的天空地一体化网络QoS路由技术研究

QoS路由技术是天空地一体化网络实现综合业务传输的关键技术之一，但由于天空地一体化网络具有明显网络状态信息非精确特性，在其上实现QoS路由变得尤为困难。本基金通过研究基于空天网络特性的网络状态信息预测模型提高节点对网络状态信息获取的准确度；研究基于模糊逻辑的多约束QoS可信路由方法，通过将模糊逻辑系统设计方法引入非精确状态信息QoS路由设计中，解决现有概率最优选路方法存在的仅考虑业务流非精确性和计算复杂度大的问题；研究具有QoS能力的基于网络编码的多径传输方法，利用多径传输来降低网络状态信息非精确特性对路由传输性能的影响，并从基于网络编码的多路径生成方法和基于中间节点的编码包调度及缓冲区管理方法两方面，解决现有基于网络编码的多径传输方法难以支持QoS传输的问题。

天空地一体化网络由于具有拓扑动态、节点间链路传输时延大、网络中流量分布不平衡等特点，导致网络状态信息获取的非精确性、局部拥塞严重、业务QoS路由建立困难等问题，本基金重点针对上述问题，研究天空地一体化网络条件下的QoS路由问题。.主要研究工作包括：1）针对以卫星节点为核心的天基网络拓扑时变模型和以航空节点为核心的空天/空地网络时变链路模型，研究其时变规律以及对网络状态信息的影响，提高节点对网络状态信息获取的准确度，包括卫星时变拓扑模型、空地空天链路信道模型、干扰模型以及对空天空地接收机接收性能的影响分析、空天链路层传输性能分析以及对网络性能的影响分析等。2）针对网络状态信息不精确导致的路由失效和网络拥塞问题，从基于模糊逻辑的多约束路由和面向网络整体性能的自适应路由2方面展开研究。提出一种基于模糊积分的多属性最优路由选择机制，解决多属性参数下最优路径选择问题，且算法具有计算复杂度低、路由优化条件更合理等优点；针对网络时变的网络拓扑及链路容量、不均衡的业务分布、动态链路拥塞等网络非精确信息特性，提出了3种适合于低轨卫星综合信息网面向实时业务时延约束服务质量要求的QoS路由方案，仿真表明，这些方案可在拓扑动态、网络流量不平衡条件有效降低卫星网络拥塞，提高网络传输效率。3）针对天空地网络状态信息非精确性和网络流量不均衡性，采用多径路由结合网络编码的解决方案来提高网络传输性能。提出一种面向卫星动态网络的编码资源开销小的改进的基于遗传算法的网络编码多播算法，具有可适合拓扑动态环境以及计算复杂度低等优点；提出一种基于有向无环图的负载均衡多径路由算法，能够有效地降低多径传输拥塞因子，并能将网络负载分配到更多的结点和链路中；提出一种基于优先级的卫星分布式动态多径路由算法，并引入网络编码来进一步提高网络传输的可靠性。4）设计并开发了一个基于离散事件仿真机制的空间信息网协议仿真系统——SNSim系统，用于空天地网络协议和性能仿真分析。.研究围绕着上述内容，发表研究论文18篇（其中SCI检索3篇,另有2篇国际会议论文获最佳论文奖），申请专利7项（授权3项），培养博士生2人，硕士生6人，已完成计划书规定的研究计划和目标。