空间骨干网络体系架构与关键技术研究

空间骨干网络是由天、空、地中大型骨干节点组成的综合性一体化网络,是构建空间信息网络的核心支撑。在介绍了欧美关于空间信息网络研究现状的基础上,分析了空间骨干网络的相关特性和总体需求,提出了整个网络的体系架构和协议框架;该网络可划分为天基、空基和地基骨干网络3部分,各层以IP技术为基本协议架构,通过星间、星空、星地、空空、空地和地面链路实现互联互通;重点研究了基于多层卫星网络的天基骨干网络以及基于无线Mesh的空基骨干网络;最后,探讨了空间骨干网络的组网结构、路由协议、数据传输、异构兼容、网络管理等多项关键技术。对未来空间骨干网络构建具有一定的参考意义。

面向空间信息传输的骨干网络容量模型

空间骨干网络是空间网络的核心,本文面向空间信息传输的应用场景,提出了空间骨干网络容量的理论分析模型。基于空间骨干节点是否与地面站直接相连,该模型区分了空间两类不同的节点:普通节点和枢纽节点,并据此分析网络容量的关键瓶颈和理论上限。通过将该模型应用到具体网络拓扑中,可以计算网络容量、找出网络关键链路并给出拓扑优化方案。计算结果表明,对于6个节点的空间骨干网络,经过拓扑优化之后,在两种不同假设条件下网络容量可以分别提升33.3%和100%。

下一代空间激光骨干网络全光处理技术

构建以高速激光链路为传输主体的空间激光骨干网络,是保障空间数据高速传输、提升信息共享率与时效性、实现信息服务网络全球覆盖的重要技术手段。空间数据容量的快速增加要求网络节点处数据处理带宽与之相适应且具备一定扩展性和兼容性。由于空间激光骨干网络节点较少、数据快速传输的特点,围绕我国下一代空间激光骨干网络节点处高带宽、低延迟的数据处理需求,基于交叉相位调制XPM和四波混频FWM两种光学三阶非线性效应分析并讨论了骨干节点处高速激光链路的交换/组播、制式转换及中继/再生全光数据处理技术,为我国下一代空间信息网络建设及高速激光链路的全面应用提供支撑。

OPNET和STK联合的空间光骨干网络仿真设计

空间光骨干网络是我国空间信息网络的核心。为了对空间光骨干网络中的协议体系、网络架构和关键技术进行可行性验证,开发了基于OPNET和STK(satellite tool kit,卫星工具包)联合的空间光骨干网络仿真平台。设计了由4颗GEO卫星组成的天基骨干网、由10颗LEO卫星组成的天基接入网;开发了由物理层到应用层的光网络协议仿真模型和LEO、GEO、地面站3种节点进程模型,对光骨干网络进行了仿真测试。仿真结果表明:空间光骨干网络最大时延为5.48s,最小为0.35s,网络全局平均时延为1.06s,地面站实时吞吐量最大值为0.88Gb/s,最小为0.3Gb/s,证明该平台可准确模拟空间光骨干网络功能,满足空间业务高效传输的需求,为空间光骨干网络性能验证提供仿真平台支持。