張 杰，郁小松

(北京郵電大學(xué) 信息光子學(xué)與光通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100086)

天地一體化網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星通信港控制架構(gòu)與路由技術(shù)研究

張 杰，郁小松

(北京郵電大學(xué) 信息光子學(xué)與光通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100086)

通過分析天地一體化骨干網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢及其約束條件，提出了衛(wèi)星通信港的概念，闡述了其基本特點(diǎn)，并分析了目前面臨的諸多挑戰(zhàn)。針對(duì)衛(wèi)星通信港的管理控制問題，提出了軟件定義衛(wèi)星通信港的體系架構(gòu)，通過對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等不同子網(wǎng)進(jìn)行分層控制，承載海陸空各種類型節(jié)點(diǎn)的連接請(qǐng)求，最終滿足不同用戶的信息傳輸需求；同時(shí)，提出了以衛(wèi)星通信港為核心骨干網(wǎng)的天地一體化網(wǎng)絡(luò)路由策略，為提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率和承載能力提供了新的解決思路。

天地一體化網(wǎng)絡(luò)；衛(wèi)星通信港；軟件定義組網(wǎng)

0 引言

隨著航天航空技術(shù)的發(fā)展，以及空間網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)急通信和軍事通信中的優(yōu)勢，天地一體化網(wǎng)絡(luò)逐漸成為各國的研究熱點(diǎn)。在具有強(qiáng)大信息支持能力的天地一體化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，天基骨干網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建既是其難點(diǎn)，也是重點(diǎn)?？茖W(xué)家們將具有廣覆蓋特點(diǎn)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和具有小時(shí)延特性的地面通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，構(gòu)成了天地一體化網(wǎng)絡(luò)[1]。天地一體化網(wǎng)絡(luò)是以地面網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以空間網(wǎng)絡(luò)為延伸，覆蓋太空、空中、陸地及海洋等自然空間，為天基、空基、陸基及?；雀黝愑脩舻幕顒?dòng)提供信息保障的基礎(chǔ)設(shè)施，其在服務(wù)遠(yuǎn)洋航行、應(yīng)急救援、導(dǎo)航定位、航空運(yùn)輸及航天測控等重大應(yīng)用的同時(shí)，向下可支持對(duì)地觀測的高動(dòng)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(dòng)拓展至空間、遠(yuǎn)洋，乃至深空[2-5]。

天地一體化網(wǎng)絡(luò)從物理形態(tài)上可分為天基網(wǎng)絡(luò)、空基網(wǎng)絡(luò)和陸基網(wǎng)絡(luò)；這3種類型的網(wǎng)絡(luò)既能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立工作，也能夠完成互聯(lián)互通[2-3]。其中，天基網(wǎng)絡(luò)由高空衛(wèi)星組成，與空基和陸基網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在空基網(wǎng)絡(luò)無法直接與地面指揮中心進(jìn)行通信時(shí)，可提供路由迂回；在陸基網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)可采用典型的網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)互聯(lián)，也可通過天基網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程中繼，使區(qū)域覆蓋網(wǎng)絡(luò)接入骨干交換網(wǎng)。

1 天地一體化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展逐漸升溫，國內(nèi)外也一直在開展包括同步軌道、中低軌道、平流層以及地面等多層次、立體化的天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究及系統(tǒng)建設(shè)，關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破[5]。銥星公司計(jì)劃發(fā)射下一代衛(wèi)星，支持移動(dòng)通信、數(shù)據(jù)傳輸、對(duì)地觀測、空間環(huán)境觀測和GPS導(dǎo)航增強(qiáng)等功能，將成為天地一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要支撐；全球星公司也完成了第二代全球星的部署，實(shí)現(xiàn)了全球中低緯度移動(dòng)通信業(yè)務(wù)；Google X實(shí)驗(yàn)室部署了氣球計(jì)劃，利用數(shù)以千計(jì)的平流層氣球，組成環(huán)繞全球的氣球網(wǎng)絡(luò)，為特定地區(qū)提供快速穩(wěn)定的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。

按照天地一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以把天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)歸為3大類：天星地網(wǎng)、天基網(wǎng)絡(luò)和天網(wǎng)地網(wǎng)[6]。其中，天星地網(wǎng)是指在星上進(jìn)行透明轉(zhuǎn)發(fā)，在地面進(jìn)行全球布站組網(wǎng)；天基網(wǎng)絡(luò)是指衛(wèi)星進(jìn)行空間組網(wǎng)，系統(tǒng)可以不依賴地面網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立運(yùn)行；而天網(wǎng)地網(wǎng)是指空間和地面都要進(jìn)行組網(wǎng)，天基地基2張骨干網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢互補(bǔ)，天地互為備份。對(duì)于天網(wǎng)地網(wǎng)，隨著星間鏈路技術(shù)的不斷成熟，可充分利用天地一體化網(wǎng)絡(luò)的廣域覆蓋能力和地面豐富的處理和傳輸能力，值得在我國推廣部署。

基于天網(wǎng)地網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，我國加緊了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐，預(yù)計(jì)到2020年前后，將初步建成空間主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與地面網(wǎng)絡(luò)的有效融合，同時(shí)支持包括天、空、地、海等子網(wǎng)的接入，以及少量重點(diǎn)用戶節(jié)點(diǎn)的直接接入，具體包括至少3顆GEO網(wǎng)絡(luò)主干衛(wèi)星，以驗(yàn)證空間主干組網(wǎng)技術(shù)；預(yù)計(jì)在2030年前后，將初步建成天地一體化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)深入融合，提升空間主干網(wǎng)絡(luò)的接入能力和抗毀能力，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)際部署，不斷擴(kuò)大接入子網(wǎng)的數(shù)量和規(guī)模，提升對(duì)重點(diǎn)用戶直接接入的范圍，實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人移動(dòng)、寬帶通信、空間信息實(shí)時(shí)回傳、航空器狀態(tài)全程監(jiān)控、遠(yuǎn)洋航行、應(yīng)急救援及空間探索等各領(lǐng)域的服務(wù)與應(yīng)用。

2 衛(wèi)星通信港的概念和特點(diǎn)

天地一體化網(wǎng)絡(luò)主要分為地域網(wǎng)絡(luò)和空域網(wǎng)絡(luò)。一般來講，空域網(wǎng)絡(luò)主要由衛(wèi)星系統(tǒng)構(gòu)成，可以分為3類：低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(LEO)、中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(MEO)以及高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GEO)。低軌道衛(wèi)星主要作為空天地一體化網(wǎng)絡(luò)中信息承載和傳輸?shù)闹欣^，具有較小的傳輸時(shí)延和功耗，但其覆蓋范圍較小，且低軌道衛(wèi)星之間的通信鏈路會(huì)因?yàn)樾l(wèi)星節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而切換，網(wǎng)絡(luò)中斷概率大；中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(MEO)相對(duì)于低軌道衛(wèi)星而言覆蓋的地球面積更大，因而傳輸時(shí)延也更長；高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GEO)指地球同步衛(wèi)星所組成的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其具有較大的鏈路損耗，雖然其可與關(guān)口地球站進(jìn)行穩(wěn)定持續(xù)通信，也可與所有低軌道在軌衛(wèi)星保持通信連接，但其具有較大的通信時(shí)延。

在建設(shè)天基骨干網(wǎng)過程中，GEO系統(tǒng)中的同步軌道通信衛(wèi)星由于具備多方面優(yōu)勢，如開設(shè)快速、廣域覆蓋、廣播高效及常態(tài)持續(xù)等，受到廣泛關(guān)注和重視?；谕杰壍栏哕壭l(wèi)星構(gòu)建核心網(wǎng)，采用基于激光的電路交換，構(gòu)建高速穩(wěn)定可靠的天基骨干核心網(wǎng)，其他偵查探測、數(shù)據(jù)匯聚、融合處理等各類子網(wǎng)或者高速節(jié)點(diǎn)，與核心網(wǎng)采用分組交換、虛電路交換及電路交換等形式直接相連或通過接入網(wǎng)絡(luò)互連。

然而，由于軌位資源受限，同步軌道衛(wèi)星數(shù)量相對(duì)較少；同時(shí)，衛(wèi)星通信能力受平臺(tái)載荷約束，為了增強(qiáng)同步軌道衛(wèi)星的功能，該軌位上的衛(wèi)星勢必將以“衛(wèi)星通信港”的方式為用戶提供服務(wù)。所謂“衛(wèi)星通信港”，是指空間多顆分布在同一軌道位置或者不同軌道位置上的不同類型的衛(wèi)星，通過星間高速鏈路互聯(lián)，相互協(xié)同以實(shí)現(xiàn)單星難以完成的功能，并能在部分衛(wèi)星失效或者故障時(shí)快速自愈恢復(fù)的衛(wèi)星群體集合。在衛(wèi)星通信港內(nèi)部，可采用激光鏈路進(jìn)行通信；衛(wèi)星通信港之間則可采用激光鏈路或者無線鏈路進(jìn)行通信。衛(wèi)星通信港通過采用多星共軌組合的方式，不僅大大提升了軌位效率，其不同星間協(xié)同工作也增強(qiáng)了衛(wèi)星通信平臺(tái)的功能。另外，通過在軌衛(wèi)星的自愈重構(gòu)，還能實(shí)現(xiàn)通信的快速響應(yīng)?？傊l(wèi)星通信港具備以下特點(diǎn)：

① 局部性：空間通信距離較短，信息作用范圍有限；② 靜態(tài)性：同步軌道位置固定，物理鏈路基本不變；③ 簡單性：底層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，星間路由網(wǎng)狀互聯(lián)；④ 一體性：港間通過網(wǎng)關(guān)通信，港內(nèi)處理分工協(xié)作；⑤ 可靠性：網(wǎng)關(guān)功能動(dòng)態(tài)遷移，通信能力安全保護(hù)。

基于衛(wèi)星通信港的天地一體化網(wǎng)絡(luò)是未來發(fā)展的必然趨勢，但目前其部署還面臨著諸多挑戰(zhàn)，存在許多關(guān)鍵技術(shù)急需攻克。其一，衛(wèi)星通信港作為天地一體化網(wǎng)絡(luò)的核心骨干網(wǎng)之一，需要接入涵蓋陸、海、空、天等各種類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，連接的用戶數(shù)量巨大，需求各異，簡繁不一，傳送的信息類型差異也很大，所有這些因素將造成衛(wèi)星通信港的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)和管理控制異常復(fù)雜；其二，由于涉及到多種網(wǎng)絡(luò)(地面網(wǎng)絡(luò)和其他空間網(wǎng)絡(luò))和多類節(jié)點(diǎn)(地面節(jié)點(diǎn)和其他空間節(jié)點(diǎn))的接入，該網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)需要采用增強(qiáng)的路由策略和路由算法，以實(shí)現(xiàn)多種類型路由信息的統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)和承載，同時(shí)克服其他節(jié)點(diǎn)與衛(wèi)星通信港動(dòng)態(tài)連接所帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)。

3 衛(wèi)星通信港控制架構(gòu)設(shè)計(jì)

天地一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化。因此，本文提出合理的網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)，對(duì)提高整個(gè)天地一體化網(wǎng)絡(luò)的管理和運(yùn)行效率非常關(guān)鍵[7-9]。本文擬借鑒軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)的技術(shù)思路，將軟件定義的概念引入天地一體化網(wǎng)絡(luò)中。SDN是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和資源虛擬化，從而實(shí)現(xiàn)底層硬件的可編程化，完成對(duì)資源的按需調(diào)配[8]。針對(duì)上述衛(wèi)星通信港的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文擬從任務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層及連接層等不同視角，利用SDN手段實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一控制，完成通信港內(nèi)部及通信港與其他地面子網(wǎng)/空間子網(wǎng)信息的綜合承載，同時(shí)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)功能、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和鏈路傳輸?shù)炔煌瑢用娴膭?dòng)態(tài)可編程重構(gòu)。這樣，不僅可以推動(dòng)空間任務(wù)共擔(dān)與分工協(xié)同，還可以充分利用港內(nèi)節(jié)點(diǎn)和鏈路資源，使得港內(nèi)集中式控制效率更高，增加網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性。軟件定義衛(wèi)星通信港網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)如圖1所示。

首先，在通信港內(nèi)部的同步軌道衛(wèi)星上配置集中式控制器，分別對(duì)天地一體化網(wǎng)絡(luò)中的子網(wǎng)(包括地面子網(wǎng)和空間子網(wǎng)等)進(jìn)行集中式控制；同時(shí)，在衛(wèi)星通信港內(nèi)部構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一控制中心，并將所有的控制器連接到統(tǒng)一的控制中心上，從而實(shí)現(xiàn)多層空間衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一智能管控。

圖1 軟件定義衛(wèi)星通信港網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)

由于各層配置的集中式控制器跟本層的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行互聯(lián)，這樣就避免了各層所有節(jié)點(diǎn)和同一個(gè)集中式控制器連接帶來的組網(wǎng)問題，同時(shí)保持各個(gè)層面的相對(duì)獨(dú)立性和強(qiáng)異構(gòu)特性。各子網(wǎng)的集中控制器掌握本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，并與衛(wèi)星通信港統(tǒng)一控制中心相連，由統(tǒng)一控制中心控制網(wǎng)絡(luò)全局。在上述控制架構(gòu)中，衛(wèi)星通信港作為天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)，需要連接多個(gè)異構(gòu)分布式網(wǎng)絡(luò)；與此同時(shí)，空間任務(wù)具有時(shí)變性，空間接入網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的數(shù)量、種類以及星間通信鏈路帶寬等都可能實(shí)時(shí)發(fā)生變化。如何設(shè)計(jì)復(fù)雜天地一體化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的軟件定義控制機(jī)制，制定高效、合理及安全的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)規(guī)則，完成天地一體化網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)組網(wǎng)任務(wù)與需求，實(shí)現(xiàn)天地一體化網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)元素、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鏈路帶寬等多維度可重構(gòu)的組網(wǎng)目標(biāo)，是目前面臨的關(guān)鍵問題之一。

另外，雖然衛(wèi)星通信港的拓?fù)湎鄬?duì)靜止，不具備時(shí)變特征，但是由于涉及到多種網(wǎng)絡(luò)和多類節(jié)點(diǎn)的接入，既有位于各種軌道的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，也有地面網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，不同節(jié)點(diǎn)/鏈路的信息傳輸性能差異較大，其通信協(xié)議必然異常復(fù)雜。此外，由于衛(wèi)星通信港網(wǎng)絡(luò)的特殊性，地面網(wǎng)絡(luò)的尋址與路由技術(shù)不能直接用于衛(wèi)星通信港網(wǎng)絡(luò)，需要采用新型的增強(qiáng)路由策略，這是衛(wèi)星通信港面臨的另一個(gè)關(guān)鍵難題。

4 衛(wèi)星通信港路由策略

衛(wèi)星通信港是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的核心骨干，其連接著各種類型的其他空間子網(wǎng)。基于衛(wèi)星通信港的天地一體化路由策略的設(shè)計(jì)，既需要處理空間子網(wǎng)拓?fù)浼版溌返膶?shí)時(shí)變化，又要考慮到通信港內(nèi)部資源的局限性，因此其成為天地一體化網(wǎng)絡(luò)中另一個(gè)復(fù)雜的科學(xué)難題。國內(nèi)外對(duì)天地一體化網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議及路由算法方面已有相關(guān)研究，且在不斷發(fā)展[10-13]。從現(xiàn)有的路由控制策略來看，較成熟的路由策略可分為確定性路由和隨機(jī)性路由2大類。確定性路由是基于衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期性和可預(yù)測性，利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和圖論信息預(yù)知節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和空間通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。確定性路由需要大量的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息、網(wǎng)絡(luò)鏈接時(shí)序圖和節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)由于自身故障或者外界干擾所帶來的拓?fù)渥兓狈?yīng)對(duì)能力。隨機(jī)性路由拋棄了衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期性和可預(yù)測性這一特點(diǎn)，不依賴于拓?fù)渲R(shí)，它基于泛洪機(jī)制，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行消息的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，直到網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都收到路由消息為止。這種路由策略完全無法控制或是預(yù)知時(shí)延，且其采用的泛洪機(jī)制在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生了太多同一消息的副本，大大增加了網(wǎng)絡(luò)開銷，并占用了較多的帶寬。

通過將確定性路由與隨機(jī)性路由相結(jié)合，不僅使得網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)對(duì)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的拓?fù)渥兓?，還可降低網(wǎng)絡(luò)的泛洪開銷，其具體實(shí)現(xiàn)方案如下：首先，可利用衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)具有周期性的規(guī)律構(gòu)建各個(gè)在軌衛(wèi)星之間及衛(wèi)星與地面節(jié)點(diǎn)之間的相遇概率信息表格，這些信息表格為路由的建立提供了依據(jù)。表格內(nèi)的信息并不是一成不變，而是根據(jù)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)變化情況由衛(wèi)星通信港統(tǒng)一控制中心進(jìn)行周期性搜集與計(jì)算，并分發(fā)至全網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)。為了使路由算法的可擴(kuò)展性更好，同時(shí)避免泛洪機(jī)制帶來的巨大開銷，可由節(jié)點(diǎn)相遇概率信息表格查找到當(dāng)前與消息發(fā)送端相遇概率最大的源衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，通過衛(wèi)星通信港統(tǒng)一控制中心構(gòu)建全網(wǎng)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)連接時(shí)序圖，同時(shí)根據(jù)連接時(shí)序圖尋路構(gòu)建拓?fù)渎酚杀?；最后，按照所選定的路由算法(如最短經(jīng)算法、KSP算法及負(fù)載均衡路由算法等)尋找出最佳路徑并傳遞消息。在整個(gè)路由過程中，衛(wèi)星通信港統(tǒng)一控制中心始終查詢空間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫欠窀?，如果存在拓?fù)涓?，則相應(yīng)更新節(jié)點(diǎn)連接時(shí)序圖并在全網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行泛洪。該路由控制策略流程如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星通信港網(wǎng)絡(luò)路由控制策略流程

5 結(jié)束語

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是將天域網(wǎng)絡(luò)作為地域網(wǎng)絡(luò)的延伸，從而構(gòu)建出來的覆蓋空天地的一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本文針對(duì)天地一體化網(wǎng)絡(luò)中的同步軌道骨干網(wǎng)，提出了衛(wèi)星通信港的新型概念，同時(shí)提出了基于軟件定義可重構(gòu)的控制體系架構(gòu)，可提高天地一體化網(wǎng)絡(luò)整體組網(wǎng)效率，增加地面和空間子網(wǎng)部署的靈活性；針對(duì)衛(wèi)星通信港與天地一體化網(wǎng)絡(luò)中其他空間子網(wǎng)連接所面臨的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)與時(shí)間/狀態(tài)依賴問題，提出了衛(wèi)星通信港中混合確定路由與隨機(jī)路由的新型策略，不僅使天地一體化網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)對(duì)拓?fù)渥兓?，還可降低網(wǎng)絡(luò)的泛洪負(fù)載，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。

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Control and Routing of Satellite Communication Port in Integrated Space-ground Networks

ZHANG Jie,YU Xiao-song

(State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876,China)

This paper analyzes the development trend and constraints of integrated space-ground backbone network,and proposes the concept of satellite communication port.Its basic characteristics are described in detail and its challenges are analyzed.In order to solve the problems of management and control of satellite communication port,a software-defined architecture of satellite communication port is proposed.By controlling the different subnets of terrestrial network and satellite network in different layers,the connection requests of various types of nodes can be satisfied,and the information transmission requirements from different users can also be satisfied.Meanwhile,a routing strategy in the backbone network of satellite communication port is proposed,which provides a new way to improve the efficiency and transmission capability of satellite communication network.

integrated space-ground network;satellite communication port;software-defined networking

10.3969/j.issn.1003-3114.2017.02.01

張 杰，郁小松.天地一體化網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星通信港控制架構(gòu)與路由技術(shù)研究[J].無線電通信技術(shù),2017,43(2)：01-05.

2016-12-20

可信網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)同創(chuàng)新中心預(yù)研基金項(xiàng)目(500401321)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目

張 杰(1972—)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，北京郵電大學(xué)信息光子學(xué)與光通信研究院副院長，同名國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室代表性學(xué)術(shù)成果的帶頭人。目前擔(dān)任中國通信學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力通信專業(yè)委員會(huì)委員等。曾任十五863計(jì)劃3Tnet重大專項(xiàng)戰(zhàn)略論證報(bào)告起草專家和光網(wǎng)絡(luò)分項(xiàng)任務(wù)專家、十二五863計(jì)劃全光網(wǎng)重點(diǎn)項(xiàng)目編寫組組長。主要研究方向：下一代智能光網(wǎng)絡(luò)、空天地一體化網(wǎng)絡(luò)、光與無線融合網(wǎng)絡(luò)等，主持和參加國家自然科學(xué)基金、973計(jì)劃、863計(jì)劃等科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，獲國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)(含中國通信學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng))一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)與三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，北京市教學(xué)成果獎(jiǎng)1項(xiàng)；曾擔(dān)任多個(gè)國際會(huì)議分會(huì)主席、技術(shù)程序委員會(huì)委員等。國務(wù)院政府特殊津貼獲得者，榮獲茅以升北京青年科技獎(jiǎng)、北京市優(yōu)秀教師、信息產(chǎn)業(yè)部信息產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新先進(jìn)工作者、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃、北京市科技新星計(jì)劃等，被評(píng)為北京高校青年教師師德先進(jìn)個(gè)人。郁小松(1986—)，男，講師，博士后，先后參與多項(xiàng)國家及省部級(jí)科研課題，包括國家自然科學(xué)基金、863計(jì)劃、973計(jì)劃等，同時(shí)參與多項(xiàng)業(yè)界研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目。已在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊及會(huì)議上發(fā)表SCI/EI檢索論文60余篇，獲得多項(xiàng)授權(quán)國家發(fā)明專利，并提交多項(xiàng)IETF國際標(biāo)準(zhǔn)文稿建議。擔(dān)任IEEE/OSA SCI學(xué)術(shù)期刊及國際會(huì)議審稿專家，發(fā)表學(xué)術(shù)成果被引用200余次。主要研究方向：未來光網(wǎng)絡(luò)(包括靈活柵格光網(wǎng)絡(luò)及空分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò))組網(wǎng)與控制技術(shù)、天地一體化網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)與控制技術(shù)，以及軟件定義光網(wǎng)絡(luò)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)等。

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1003-3114(2017)02-01-5