基于深度强化学习的空天地一体化网络资源分配算法

空天地一体化网络(SAGIN)通过提高地面网络的资源利用率可以有效满足多种业务类型的通信需求,然而忽略了系统的自适应能力和鲁棒性及不同用户的服务质量(QoS)。针对这一问题,该文提出在空天地一体化网络架构下,面向城区和郊区通信的深度强化学习(DRL)资源分配算法。基于第3代合作伙伴计划(3GPP)标准中定义的用户参考信号接收功率(RSRP),考虑地面同频干扰情况,以不同域中基站的时频资源作为约束条件,构建了最大化系统用户的下行吞吐量优化问题。利用深度Q网络(DQN)算法求解该优化问题时,定义了能够综合考虑用户服务质量需求、系统自适应能力及系统鲁棒性的奖励函数。仿真结果表明,综合考虑无人驾驶汽车,沉浸式服务及普通移动终端通信业务需求时,表征系统性能的奖励函数值在2 000次迭代下,相较于贪婪算法提升了39.1%;对于无人驾驶汽车业务,利用DQN算法进行资源分配后,相比于贪婪算法,丢包数平均下降38.07%,时延下降了6.05%。

面向空天地一体化网络的抗干扰技术研究

空天地一体化网络是实现全域通信和提供网络互联互通服务需求的重要基础设施之一。在未来的强对抗干扰环境中,确保其数据传输的有效性与可靠性对于维护国家安全具有重要意义。针对空天地一体化网络的对抗性的环境特点,探讨了在时频域和空域实现抗干扰的潜在应用与关键技术,并提出了对空天地一体化网络的综合思考。最后展望未来,以期为后续研究和实际应用提供方向性指导。

天地一体化网络安全挑战及创新方案

主要探讨了天地一体化网络在6G时代面临的安全挑战,提出了一种基于量子安全的创新方案。首先,介绍了天地一体化网络的发展背景和组网架构演进趋势,包括透明转发架构和星上再生架构的特点和应用场景。接着,分析了天地一体化网络面临的安全挑战,特别是数据传输安全风险和接入认证风险。针对这些挑战,提出了一种基于量子技术保障天地一体化网络安全的创新方案,利用量子通信的无条件安全性和后量子密码算法的优势,为天地一体化网络提供端到端的安全通信保障。最后,验证了采用量子技术保障天地一体化网络安全创新方案的可行性。

基于移动边缘计算的空天地一体化网络架构

下一代无线通信技术将通过支持智能交通、智能医疗、虚拟现实/增强等服务来提高用户的体验质量。这些新兴的服务通常都是计算密集型和时延敏感型的,必须满足严格的时延、能耗和可靠性要求,而基于云计算的服务难以满足这些要求。为了解决以上问题,提出移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)技术,解决将卸载请求回传到云计算中心所具有的高时延和高带宽消耗的问题。空天地一体化网络(Space-Air-Ground Integrated Network,SAGIN)作为6G的重要研究方向,可以弥补全球范围内的巨大覆盖缺口,受到广泛关注。通过将MEC技术、联邦学习技术和人工智能技术引入SAGIN,高效管理网络中海量、异构的资源,构建低时延、低能耗、高可靠性的SAGIN,以支持新兴的各种服务。

天地一体化网络关键技术研究综述

作为地面网络的补充和延伸,卫星网络有助于加速弥合区域间的数字鸿沟,扩展地面网络的覆盖和服务范围.然而卫星网络拓扑动态性高、传播时延大、星上计算能力和存储能力均受限,因此实现卫星网络与地面网络的有机融合,构建覆盖全球的天地一体化网络面临路由扩展性、传输稳定性等技术挑战.针对天地一体化网络的研究挑战,从网络架构、路由、传输和基于组播的内容分发等方面介绍了国内外的研究现状,并展望了天地一体化网络的发展趋势.

基于深度强化学习的空天地一体化网络信息物理系统垂直切换策略

针对空天地一体化网络信息物理系统模型复杂、很难获得网络拓扑先验知识和模型化假设的特点,研究其基于深度强化学习的垂直切换策略。首先,综合考虑系统稳定性、切换开销和网络使用成本约束,将垂直切换策略问题建模为约束马尔可夫决策过程(CMDP),并给出保证可行解存在的充分条件;其次,提出约束-近端策略优化(CPPO)算法解决该问题,并在基站侧引入分布式强化学习机制加速训练收敛。相较于基准策略,仿真验证了所提垂直切换策略的优越性和有效性。

面向空天地一体化网络的数字孪生技术架构及应用

详细探讨了数字孪生技术在空天地一体化通信中的具体架构,以及网络优化方面的应用。将数字孪生分为虚拟空天地一体化网络和智能决策层。虚拟网络是对物理空天地通信网的精准映射,支持实时监控和测试验证功能。在智能决策层,通过环境感知与业务预测实现网络优化。最后,验证了面向空天地一体化的数字孪生技术在动态通信网络优化中的巨大潜力,为网络优化的未来发展提供了创新思路。

空地一体化网络服务连续性保障的低功耗通信与控制联合优化方法

空地一体化网络(AGIN)充分利用了空中基站(ABSs)灵活部署的特点,为热点地区提供了按需覆盖与高质量服务。然而,空中基站的高动态性使得网络的服务连续性难以保障。而且,空中基站能量受限,提升服务连续性和降低功耗通常又对应不同的飞行动作,因此,低功耗的服务连续性保障尤为困难。针对上述问题,该文基于联邦深度强化学习(FDRL)提出了一种面向低功耗服务连续性保障的通信与控制联合优化方法。所提方法通过联合优化空中基站的移动控制、用户关联和功率分配来保障网络服务的连续性。针对空中基站的高动态性,通过在所提方法中设计了环境状态经验池来利用信道的时空相关性,并在奖励函数中引入速率方差来保障网络服务连续性。考虑到不同飞行动作的功耗差异,所提方法通过优化空中基站的飞行动作来降低网络功耗。仿真结果说明,该文所提算法在满足用户速率需求和速率方差需求的前提下,能够减小网络功耗,并且所提联邦深度强化学习的性能接近中心式强化学习的性能。

究竟是什么影响了乡村教师对城乡一体化网络研修的满意度?

在教育数字化转型背景下,城乡一体化网络研修成为促进乡村教师专业发展的重要途径,然而在此研修过程中出现了乡村教师消极抵触、情绪低落等满意度不高的现象,直接影响了研修效果。对此,文章基于顾客满意度指数模型和教学系统要素理论,构建了乡村教师对城乡一体化网络研修满意度的影响因素模型,并通过描述性分析、结构方程模型分析和中介效应检验,探讨了乡村教师满意度影响因素及其作用路径。文章发现:教龄、学历对乡村教师满意度有显著影响,而性别无显著影响;“目标-资源-活动-环境-支持保障”可作为乡村教师满意度的关键质量指标;感知质量对乡村教师满意度的影响最大,感知价值次之,教师期望再次之;感知质量、感知价值在教师期望和满意度之间存在中介效应,而“感知质量-感知价值”存在链式中介效应。基于此,文章提出提升乡村教师满意度的建议,以期为促进乡村教育高质量发展和推动教育公平提供理论与实践参考。

铀矿测井资料解释与管理一体化网络平台设计与开发

文章从铀矿勘查生产过程中对测井资料的需求出发,采用面向对象的现代软件工程开发思想和技术手段,设计了一套测井资料处理解释和管理一体化网络平台。平台集测井数据管理、测井数据处理解释和系统维护与管理等功能模块于一体,实现核工业系统内铀矿测井资料标准化解释、规范化存储管理和网络共享应用,以提高铀矿勘查生产研究与决策的科学性和时效性。铀矿测井资料处理解释和管理一体化网络平台在鄂尔多斯和松辽盆地进行了大量钻孔的测试工作,平台运行稳定,成果资料准确可靠。

以信息为中心的天地一体化网络分域路由机制研究

针对现有星间路由策略难以实现天地一体化网络(space-ground integrated information-centric network,SGI 2CN)中卫星拓扑高动态变化情况下多源内容高效传输的问题,提出面向多源内容的分域星间路由机制(area-divided-based inter-satellite routing mechanism,ADISR)。根据给定区域划分原则,构建基于虚拟节点的卫星网络模型。对于域内路由,根据内容源位置和缓存更新,采用基于链路状态最短路径算法和状态更新算法实现域内动态路由;对于域间路由,通过综合考虑节点和链路状态提出基于辅助图的启发式算法实现跨域数据传输。仿真结果表明,与已有路由机制相比,ADISR能解决SGI 2CN中多源多路径问题,减少网络丢包率,降低内容传播时延,提高网络吞吐量。

基于时空关联表征的空天地一体化网络资源精准管控方法

空天地一体化网络中,资源分布不均匀且随时间动态变化。传统基于静态资源表征的优化调度方法仅在单个时间片上进行调度优化,资源利用率低,并且在网络变化时需频繁地重新调整策略,带来较大迁移成本。为解决这一问题,提出一种空天地一体化网络资源时空关联表征方法。该方法通过在网络的结构邻域和时序邻域两个维度计算节点注意力表征,实现对空天地一体化网络资源时空关联关系的精准建模。在此基础上,提出基于时空关联表征的网络资源精准映射方法,采用置信域策略梯度优化方法,对算法参数进行自适应学习与优化。

面向星地一体化网络的频谱共享方法研究

星地一体化网络是B5G/6G网络发展的重要趋势,业界正积极推动星地一体化网络的发展。随着卫星业务广泛进入消费市场,L、S等频段的频谱短缺问题日益严重。星、地网络间频谱共享是解决该问题的有效方案之一,但会导致系统间严重干扰。为此,提出一种基于干扰感知的频率资源共享分组方法,该方法在约束地面网络干扰功率的前提下,最大化星地一体化网络的系统效用,并通过局部搜索算法求解非线性整数规划问题。仿真结果表明,所提方案能够有效降低来自地面网络的干扰,并提升频率资源利用率。

空天地海一体化网络中面向优先级保障的网络切片

空天地海一体化网络在全球无缝覆盖方面发挥着重要作用,其承载的任务包括常规任务和紧急任务,不同的任务具有不同优先级。基于多功能时间扩展图,建立任务优先级、服务功能链、通信、存储和计算资源的耦合约束,并提出了NS-GP算法。NS-GP算法联合优化VNF部署和路由策略,使得合理分配网络资源保障高优先级任务的同时,尽可能多得完成低优先级任务。仿真结果表明,所提出的NS-GP算法优于固定VNF部署算法。

基于5G网络切片的天地一体化网络地面核心网的设计与实现

对网络切片进行灵活应用,需要构建一个适应各种应用场景的地面核心网结构。该文研究内容涵盖了5G网络切片的定义、切片资源的分配策略以及天地一体化网络地面核心网的具体设计,并通过实验验证了该设计在提高网络资源利用率、降低延迟和满足不同业务需求方面有效性。

基于概率博弈的空天地一体化网络安全路由算法

针对空天地一体化网络存在的安全问题,提出了使用路由证据的方法对洪泛攻击、灰洞/黑洞攻击进行防御的方案。该方案可以检测出自组织网络中存在的恶意节点,以保证路由的安全可靠性;克服了已有方案存在的不足,可以自适应地在空天地一体化网络等容断容迟网络中应用。此外,搭建了仿真平台,通过仿真验证的手段,证明了该方案可以检测出90%以上的恶意节点,验证了其有效性。

基于聚类算法内容流行度预测的空天地一体化网络缓存方法

针对空天地一体化网络中恶劣的自然条件可能造成连通异常和通信阻塞的情况,对一种新的空天地一体化网络缓存方法进行研究,即基于聚类的内容缓存方法。基于空天地一体化网络架构,利用提取的内容特征来预测流行度,并用于缓存替换决策。内容的流行度预测是由动态聚类算法实现的,这种方法可以有效地减轻地面核心网的通信压力,从而进一步提升用户体验。使用开放数据集对算法进行评估,实验仿真结果证明了该方法的可行性和有效性。

空天地海一体化网络边缘计算的资源管理研究

通过天基网络、空基网络、地基网络和海基网络的优势互补形成的空天地海一体化网络是下一代移动通信系统的关键,能够实现全球域的泛在连接。多层异构的空天地海一体化网络与多接入边缘计算技术的联合使用,能够为用户提供各种服务的支持。首先提出了空天地海一体化网络架构,概述了该架构的优势以及该架构下移动边缘计算面临的关键技术挑战。然后,详细阐述了基于多接入边缘计算、双层调度多平台协作和人工智能的资源管理方案的分布式计算架构以及实施流程。最后,对未来空天地海一体化网络中资源管理以及多接入边缘计算的发展趋势进行了分析和展望。

适用于天地一体化网络的无证书密钥协商协议

为了保证天地一体化网络中用户信息的传输安全,改进传统方案的高时延等问题,本文提出一种轻量级的无证书密钥协商方案。首先,本文分析无证书密钥协商协议系统模型,针对天地一体化网络的特点提出协议需要满足双向认证、抗重放、完整性等安全需求。其次,本文选择一种轻量级的无证书加密方案,在此基础上提出密钥协商协议,满足天地一体化网络的资源和安全要求。最终,本文对提出的密钥协商协议进行BAN(Burrow-Adadi-Needham)逻辑安全性分析,并结合软件对协议性能仿真进行比较,结果表明:该方案在满足网络安全性需求的同时实现高效快速的协商。

民机后舱一体化网络架构QoS算法设计

民用飞机后舱包括信息系统(Information System,IS)、客舱核心系统(Cabin Core System,CCS)、机载娱乐(In-Flight Entertainment,IFE)系统、外部通信系统(External Communication System,ECS)等,各系统飞行安全域等级不同且网络交联关系复杂,这对传输服务质量(Quality of Service,QoS)提出极高要求,传统的QoS算法难以达到最佳效果。针对上述问题,将公平队列调度(Fair Weight Queue,FWQ)算法和随机早期检测(Random Early Detection,RED)算法相结合,整合到QoS处理系统上,并利用优先级双因素(Two-Factor,TF)机制对数据流进行精细化描述,提出一种民用飞机后舱一体化网络改进型QoS算法,命名为双因素加权公平队列随机早期检测(Two Factor-Fair Weighted Queue-Random Early Detection,TF-FWQ-RED)算法,使用OPNET网络仿真工具对该算法进行仿真验证。仿真运行结果显示,通过该算法可有效降低后舱高优先级业务流在网络拥塞场景下受延迟或丢包率的影响,同时保证了网络的高效运行,表明了TF-FWQ-RED算法的正确性以及对民机后舱混合复杂网络环境下现实需求的适应性。