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%。

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.

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。

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。

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。

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。

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。

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。

6G通感算一体化网络关键技术和设计关键点

6G通感算一体化网络是指同时具备“物理-数字”空间感知、泛在智能通信与计算能力的网络。这种网络将通信、感知和计算能力深度融合,旨在实现万物智联、数字孪生和智能决策等新型应用。6G通感算一体化网络具备三大特点。在6G通感算一体化网络中,各网元设备通过通感算软硬件资源的协同与共享,实现多维感知、协作通信、智能计算功能的深度融合、互惠增强。这种深度融合可以带来更高效的信息处理、更低的时延和更高的可靠性,从而满足未来各种新型业务的需求。具体来说,6G通感算一体化网络具备以下特点。一是“物理-数字”空间感知。6G通感算一体化网络能够感知物理世界的各种信息,包括位置、速度、姿态、环境等,并将这些信息转化为数字信号进行处理和传输。这种感知能力可以应用于自动驾驶、智能制造、智慧城市等领域。

空天地海一体化网络在雨林场景的应用研究

随着我国生态环境工作的开展,利用科技化手段保护雨林资源成为了智慧林业发展的新重点。同时,利用空天地海一体化网络的网络融合特性解决终端回传问题也为加快推进智慧雨林建设提供了新的方向。因此,该项技术的具体实践研究需要结合雨林特有场景及这些场景对网络的需求,剖析业务场景对天基、空基、地基、海/水基网络的融合要求,然后结合不同维度的通信手段特点,选取合适雨林场景的网络架构,最后对实践中发现的网络回传场景的组网方式进行研究。

支持MEC的天地一体化网络下任务卸载和资源分配

针对天地一体化网络(Integrated Satellite-Terrestrial Network,ISTN)高动态、时延敏感的特性,用户服务质量(Quality of Service,QoS)保障成为新的研究重点。为此,在天地一体化网络场景下使用移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)技术,在低轨道(LEO)卫星上部署MEC服务器,通过排队理论分析场景的时延成本,提出任务卸载和资源分配的联合优化方案。为最小化用户与LEO卫星的传输时延,基于凸优化理论给每个用户分配最优的带宽资源。基于整数规划在多项式时间内给出接近全局最优的任务卸载决策。仿真结果表明提出算法与低复杂度的启发式算法相比,减少了20%的总时延成本,验证了ISTN(Integrated Satellite-Terrestrial Network)下通过MEC技术保障地面用户QoS的可行性和有效性。

天地一体化网络下的多目标切换策略

随着低地球轨道(Low Earth orbit,LEO)卫星的网络结构日益复杂,高效的信息传输对于天地一体化网络(Space-ground integrated network,SGIN)的发展至关重要。本文通过同时考虑切换次数、仰角和可用信道数量等指标来优化多目标切换问题。通过数学建模将地球划分为多个区域,并将优化目标定义为切换次数和负载均衡的加权和,根据不同场景确定加权系数。通过设置表示信息传输质量的阈值,可以优化仰角。本文将天地一体化网络的卫星切换问题转化为整数线性规划(Integer linear programming,ILP)问题,并使用数学工具求解,以提供最优解。同时,由于在实际工程应用中基于ILP的策略具有较高的算法复杂性,本文还提出了一种基于二分图的启发式切换策略。通过对一个实际应用的低轨卫星星座(Globalstar)进行仿真实验,验证了本文所提出的切换策略的有效性。

基于天地一体化网络的航天器高效可靠组网技术

随着地面以太网组网技术的快速发展及广泛应用,空间通信与地面网络融合技术成为未来空间通信发展的必然趋势。目前,地面测控通信系统已实现基于网络的数据传输,但航天器内部数据传输仍以总线或点对点通信方式为主。若航天器内部设备之间信息交互采用组网技术,与地面网络实现一体化通信,可统一航天器内部和地面的通信协议,提高天地通信效率。相比于地面网络环境,航天器天地传输链路具有时延长、带宽有限、双向链路带宽不平衡以及航天器内部电磁环境复杂等特点,直接应用地面组网技术会存在天地一体化网络通信效率低、可靠性差等问题。为此,文中提出一种空间高效可靠的组网方案,构建以空间以太网交换机、天地网关为核心的航天器网络通信系统,并对地面网络协议进行改进和优化,实现航天器高效可靠的天地一体化网络通信。

融合SDN和TSN的舰船一体化网络架构

舰船设备信息化程度日趋升高、船上网络覆盖范围逐渐变大。但现有的舰船网络体系各子系统之间相对独立,造成了舰船信息设备的部署、运维、管理等操作的复杂程度提高。论文通过分析现有的商用通信技术和网络管控技术提出了一种舰船一体化网络架构,并分析了它实现的可能性。

载人月球探测一体化网络和协议架构设计与验证

针对载人月球探测任务对网络和协议架构的新需求,对国内外载人月球探测网络架构、协议架构进行了调研,提出了涵盖月地网、环月网、月面网,三网一体的地月一体化网络,设计了一体化、分层化、通用化、标准化的网络协议架构,并针对器地通信、器内高速与低速网络通信、器内不同类型设备间通信、多航天器节点间通信等场景进行了协议应用设计。最后,通过地月一体化网络协议半物理仿真评估系统,对部分协议进行了地面验证,结合其它已在轨飞行的协议验证情况,证明了所设计的网络和协议架构能够支持载人月球探测的各项需求,对于实现测量透明、控制开放、执行共享的航天器信息系统具有重要意义。

基于5G/5G-A的天地一体化网络安全风险及策略研究

随着卫星通信技术的发展,特别是低轨卫星通信技术的发展,卫星通信网络与5G地面通信网络在体制和技术上已基本具备融合的条件。3GPP依托其5G NTN、5G SAT_ARCH等工作项目推进5G卫星通信架构和技术标准化。基于5G/5G-A的天地一体化网络是以地面通信网络为依托、卫星通信网络为拓展,借助5G系统的技术框架,针对卫星通信和低空通信的特点而进行的5G系统融合组网,可以实现5G通信系统对空、天、地、海多场景的统一服务,构建全球无缝立体覆盖的信息通信网络,具有重要的经济效益和社会效益。