[发明专利]空间信息网络柔性节点模型设计方法

说明书

本发明提出的一种天地空间信息网络架构，旨在提供一种扩展性强，能够增强空间系统服务能力，并能降低空间信息系统建设成本，具有多维度弹性的节点模型的柔性节点模型。本发明通过下述技术方案予以实现：在模型节点中，功能服务模块分为包含软件算法库的软件服务子模块和硬件服务子模块，网络体系模块对应空间物理平台采用物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，共五层ISO协议网络配置层面，作为虚组成和虚功能的一种父类模型，空间网络中所有节点通过功能接口，从父类模型派生出空间信息网络骨干节点、间接接入节点、直接接入节点和功能子网节点各种子类，实现不同的平台。本发明通过功能解耦合的空间物理平台，增强了空间系统服务能力。

技术领域

本发明是关于空间信息网络领域的空间信息网柔性节点模型设计方法。

背景技术

空间信息网络是以空间平台，如同步卫星或中、低轨道卫星、平流层气球和有人或无人驾驶飞机等为载体，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统，是一个天空地多种网络组成的复杂的异构网络，空间信息网络的发展，受频谱和轨道等资源的限制，难以通过增加空间节点数量和提高节点能力来扩大时空覆盖范围。空间节点高动态运动、网络时空行为复杂，业务类型差异大，要求空间网络可重构，能力可伸缩。其难点在于常规网络基于静态拓扑可采用图模型与优化理论，而空间网络涉及多种异构动态变化的节点连接。实现空间节点高效组网，涉及数学、宇航与通信等学科。空间节点和链路动态变化且稀疏分布，导致多点到多点的信息传输容量随网络拓扑的时变空变而发生变化，大时空跨度下实时端到端传输容量优化的可靠性和稳定性成为突出难题。多维、多尺度空间信息的获取、处理、网络化共享与应用服务的核心问题是链路传输与处理瓶颈，一方面涉及空间信息的特征提取与稀疏表征；另一方面，由于多维信息尺度不同、时空基准存在差异，离散时空采样的融合处理将面临信息时空特性深层次精准表征等基础问题。由于接入网则包含了各类低轨卫星及各类空基平台，空间信息网络结构具有动态变化等特性,如何实现不同网络多种节点之间的一体化设计是空间信息网络需要解决的重大问题。构建分布式星群是缓解空间资源约束的重要手段地球同步轨道以其独特的空间位置，可以在地面站和卫星之间建立稳定长期的链路，可对同一地区进行连续通信或观测，是通信、气象等卫星的首选轨道位置。未来 10～20 年将发射大量的对地观测等各类卫星。随着信息获取技术的提升，这些卫星所要求的传输带宽也越来越大，单颗东四平台同步轨道卫星已经难以满足空间信息网络骨干节点的吞吐量、处理能力等需求，必须采用有效手段解决骨干节点能力需求与卫星平台承载能力之间的矛盾。目前关于空间网络节点的设计主要是从功能角度出发进行分类，而且与终端应用紧耦合的方法，典型的包括信息获取节点（具有信息获取、产生信息的节点，如对地观测卫星、深空探测器等）、传输分发节点具有信息传输、分发和交换能力的节点，如GEO卫星、信关站等。存储处理节点具有存储和处理能力的节点，如GEO卫星、信息栅格节点等、用户终端具有信息接收和应用能力的节点，如地面用户终端等。这种设计方法存在一定的缺陷：首先，以功能为依托的设计无法突出节点网络化的形态，也就是说，这种节点设计方法还是从传统卫星的角度出发，而没有从空间信息网络的角度考虑，显示节点的网络化视图。其次，这种设计方法导致节点的结构是刚性的，即平台与功能的是紧耦合的，导致节点形态的灵活性和可扩展性较差，进而导致空间信息网络的总体架构缺乏弹性，网络的维护和管理比较困难。

发明内容

本发明针对骨干节点频率轨位匮乏，卫星平台承载能力弱等问题，为克服现有空间信息网络节点设计存在的上述缺陷，提供一种能够增强空间系统服务能力，扩展性强，并能降低空间信息系统建设成本，为构建未来稳定可靠的空间信息网络提供借鉴，具有多维度弹性的节点模型的天地空间信息网络架构。