空天地一体化网络系统架构设计与智能管理

为了克服空天地一体化网络系统(Space-Air-Ground Integrated Network,SAGIN)由于结构复杂和业务多样而导致的不同网络间的协同困难,提出了基于移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)的SAGIN多维管理架构。通过将网络系统划分为数据层、控制层和管理层,网络状态信息由各网络层逐层汇总和分层处理,网络管理策略由MEC统一制定,并逐层转发,实现不同网络间的协同管理。基于所提架构搭建网络仿真平台,并通过强化学习方法制定网络协同策略,仿真结果证明了该架构的可行性。

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%。

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。

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。

6G空天地一体化网络架构及其构建

6G空天地一体化网络(Space-Air-Ground Integrated Network,SAGIN)是指将卫星通信网络作为地面通信网络的重要补充和延伸,通过深度融合空基、天基和地基网络资源,构建一个覆盖全球、无处不在、高速智能、安全可靠的通信网络。该网络具有覆盖范围广、可灵活部署、超低功耗、超高精度和不易受地面灾害影响等特点,能够为用户提供优质、高效、智能的通信服务。

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。

低轨星座网络的空天地一体化无线光通信资源调度方法

研究基于低轨星座网络的空天地一体化无线光通信资源动态调度方法,高效精准分配其通信资源,保障资源利用率与通信效率。结合软件定义网络(Software Defined Network,SDN),设计空天地一体化无线光通信网络,构建包含数据转发平面与控制平面的低轨星座网络,通过转发平面传输通信业务,由控制平面结合遗传-粒子群算法,动态调度空天地一体化无线光通信网络的通信资源。结果表明,该方法可实现空天地一体化无线光通信网络资源的动态调度,资源的综合利用率较高、通信时延较低,调度效果显著,可为网络的整体通信质量提升提供保障。

空天地一体化技术在地灾监测预警系统中的应用分析

为了有效应对长期复杂的地质灾害风险,铁路工程区域亟需构建空天地一体化的自动化监测预警体系。该体系将整合InSAR、LIDAR等遥感技术,以及物联网传感器、无人机和GIS等先进工具,实现灾害的全方位监测和海量数据的快速处理,从而确保社会经济安全和重大工程的稳定运行。本篇文章主要对空天地一体化技术在地灾监测预警系统中的应用进行了分析和论述,希望能起到一定的借鉴作用。

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。

空天地一体化网络流量检测技术研究

随着空间技术的不断发展和应用,空天地一体化网络已成为信息通信领域的新兴研究方向。在这样的网络环境中,网络流量的监测和检测变得尤为重要,以保障网络安全和数据隐私。本文探讨了空天地一体化网络流量检测技术的研究现状和进展,分析了其在实际应用中的优势和挑战,并提出了未来的研究方向和发展趋势。

面向空天地一体化信息网络的边缘计算资源融合管理方法

随着空天地一体化信息网络的建设与发展,无线网络的全球无缝覆盖与泛在的人工智能成为了可能.卫星与无人机作为天基边缘计算节点,辅助地面设备完成各项任务,成为6G网络中的重要应用场景.当前针对卫星、无人机边缘计算的研究处于起步阶段,这些研究在边缘计算服务模式及实际应用方面仍有待进一步深入.单个卫星或无人机的计算能力薄弱,通常难于独立提供较复杂的数据处理服务.现有资源管理算法通常需要多轮博弈才能收敛,难于满足空天地一体化场景中资源管理方法快速收敛的需求.针对以上挑战,本文在天算星座边缘计算服务场景基础上,对空天地一体化网络中天基资源的服务模式进行了分析,提出了组合及聚合两种计算服务融合方式.本文将天基边缘计算资源的管理建模为两阶段的斯坦科尔伯格博弈模型,提出了分布式混合动态迭代算法与分布式分组动态迭代算法,加快了博弈过程的收敛速度.本文基于分布式场景构建了仿真实验,并在典型参数设置下对算法性能进行了分析.仿真实验结果表明:在两种不同服务模式下,本文提出的方法能够使空中边缘计算节点与用户设备获得最大收益;相比近年相关研究,本文所提方法的收敛时间能够缩短60%以上.

面向密集场景的空天地网络资源分配算法

空天地网络具有覆盖范围大、吞吐量高、弹性强等优点。该文针对大量用户并发接入、网络负载不均衡所引发的网络拥塞、服务质量恶化等问题,提出一种面向密集场景的资源分配算法。首先以用户需求为中心,根据不同类型用户任务的偏好来构建用户效用函数,然后基于匹配博弈的网络选择算法和结合对偶上升法的功率控制算法来实现负载均衡,优化资源分配方案。实验表明,相较于传统策略,所提策略整体用户接入率至少提高35%,时延和吞吐量方面性能提升超过50%;在密集场景下,能更有效地均衡负载,提升网络性能。

空天地一体化确定性网络研究

随着互联网从消费型网络向生产型网络升级,新兴行业应用需要差异化的确定性服务质量保障以及全时空范围的通信能力。如何实现泛在多域网络的异构兼容,支持空天地一体化网络(SAGIN)节点间的确定性传输成为当前的重要研究问题。首先分析了面向6G全域新兴应用场景的确定性服务质量保障需求,然后提出了包含全域协同网络管控层、多域动态确定性融合层、泛在异构确定性组网层的分层空天地一体化确定性网络架构,并研究相应场景的“固移卫”融合确定性网络关键技术,最后研判了空天地一体化确定性网络的挑战和发展趋势。

空天地一体化智能铁路通信网络安全保障技术研究

智能铁路是我国交通发展的重要方向,空天地一体化通信网络将成为智能铁路未来的关键信息基础设施。文章针对空天地一体化智能铁路通信网络面临的安全挑战,以安全感知、协同推理、防御决策为主线,提出网络安全保障技术框架,探讨网络安全知识图谱构建、网络攻击检测和路径图生成以及动态协同防御策略等关键技术,可为空天地一体化智能铁路通信网络安全建设提供参考。

《空天地一体化通信系统的无源互调》专栏发刊词

空天地一体化通信网络(目前6G共识),突破地形地表的限制,扩展到太空、天空、陆地、海洋等自然空间,真正实现6G时代的智联万物。未来的空天地一体化网络关注的是融合,典型的一体化网络由三部分组成:各种轨道卫星构成的天基网络、飞行器构成的空中网络以及传统的蜂窝无线网络等地基网络。

一种优化空天地一体化网络吞吐量算法

为提高空天地一体化网络的吞吐量,提出基于强化学习的链路优化算法(reinforcement learning-based link optimization, RLLO)。RLLO算法以近地轨道卫星为基站提供回程链路。同时,RLLO算法通过管理无人机和微基站的资源以及优化无人机(unmanned aerial vehicles, UAV)的轨迹,提升吞吐量。先建立优化回程链路和接入链路的目标问题,再利用多臂老虎机的强化学习工具求解目标问题。仿真结果表明,相比于同类的基准算法,RLLO算法提高了吞吐量和用户端的可达速率。

基于微服务的6G空天地一体化新型网络架构仿真系统

空天地一体化是6G发展的必然趋势,针对基于微服务的6G空天地一体化新型网络架构,搭建一套验证仿真系统;提出一种4层的仿真系统架构,包括接入用户层、RU-DU层、NFV案例管理层及微服务网元层,实现网络拓扑建立、用户注册、会话建立以及通信案例仿真的整体流程,体现服务化网元的功能;设计用户间通信、切换管理以及会话管理3项基本仿真案例,并通过切换管理案例验证新型网络架构可行性,为网络架构的迭代演进奠定工程化基础。

聚合SDN控制的新一代空天地一体化网络架构

空天地一体化网络是未来互联网的发展趋势,它可以应对未来通信环境中各种复杂的环境和任务。但考虑到空天地一体化网络由地面基站、空中无人机、飞艇以及小卫星等多种接入和控制设备组成,网络拓扑时刻处于变化之中,并且各种信息交互频繁,难以对其进行直接有效的控制。软件定义网络(SDN)通过将控制面与数据面分离,并引入统一的数据交换标准及编程接口,可在异构网络情况下对全网设备进行统一管理,使网络资源全局分配、全局优化,从而达到灵活高效的网络配置和管理。本文将控制、转发分离的概念和网络虚拟化的思想引入到空地一体化网络,提出一种聚合SDN控制系统的新一代空天地一体化网络,该网络可以快速适应不同的场景,布网灵活,易于扩展,资源利用率高。仿真结果表明,相比传统的天地一体化网络,我们的新型一体化架构可以更好地进行空地协同传输,同时网络时延较小。