成果名稱

        全球移動寬帶衛星互聯網系統網絡架構及技術方案總結報告及路由原型系統

類型（論文，獎勵等），級別（期刊影響因子，獎勵級別），項目背景或支持渠道；

        A.類型

        論文：SN-VNE: A Virtual Network Embedding Algorithm for Satellite Networks（會議：IEEE CIC ICCC Workshops 2019）

        B.項目背景

        全球低軌衛星網絡體系架構是多個低軌衛星構成的可以進行實時信息處理的大型的衛星系統。多個衛星組成的通訊系統可以實現真正的全球覆蓋，蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術也為低軌道衛星移動通信提供了技術保障。

每個衛星有4條星間鏈路、1條對地天線。同時，基本部分的衛星通過基本星星間鏈路構成網狀拓撲。平均下來，每個衛星服務單個用戶能夠持續十幾分鐘。星間鏈路選擇單星鏈路，單星鏈路具有4條星間鏈路，含有2條同軌鏈路和2條異軌鏈路，同時反向縫一側沒有異軌鏈路。單星鏈路的同軌鏈路相對關係穩定，不會出現變換狀態，而異軌鏈路在緯度高時會被關閉。

        全球低軌衛星網絡體系可以支持多項業務：

        1)智能終端話音業務。

        2)互聯網接入。

        3)5G物聯網。

        4)移動廣播。

        5)導航差分增強。

        6)航空、航海監視。

成果依託什麼項目（課題），開展了哪幾項內容研究；

        針對隨時隨地的互聯網接入和按需定製的業務服務需求，依託「全球移動寬帶衛星互聯網系統網絡架構及技術方案」項目，主要研究了以下四項內容：

        A.支持海量用戶的空間衛星網絡體系架構及組網技術；

        ● 提出面向海量用戶的低軌衛星網絡系統架構的設計；

        ● 提出基於上述架構的網絡編址方案；

        ● 提出低軌衛星網絡的移動性管理方案；

        ● 提出基於5G的低軌衛星網絡通信流程；

        ● 提出面向低軌衛星網絡的虛擬化分級服務。

        B.面向高動態網絡拓撲和海量用戶的空間衛星網絡路由方案；

        ● 提出結合分區服務的快照路由算法；

        ● 提出「靜態路由+動態路由」的路由策略；

        ● 提出基於快照序列算法的負載均衡策略；

        ● 提出單星覆蓋範圍下的波束切換策略和端到端傳輸層控制策略。

        C.基於SDN的高性能空間衛星網絡仿真平台；

        ● 提出基於SDN的低軌衛星網絡仿真架構；

        ● 提出基於SDN的低軌衛星網絡仿真平台的建設方案；

        ● 提出控制平面、數據平面、終端系統、實物外接、STK、流量發生器等各分系統的詳細實現技術。

        D.新型空間衛星網絡網管實施方案。

        ● 提出寬帶衛星網絡管理系統動態分區域管理架構。

        ● 提出寬帶衛星網絡管理系統分功能模塊架構方案。

        ● 提出配置管理、故障管理、計費管理、性能管理、安全管理五個管理模塊的具體實現內容和工作流程。

項目成果突破了哪幾項關鍵技術，形成哪些產品、裝備，發表多少篇論文，授權專利幾項等？

        該項目突破了多項關鍵技術，包括支持海量用戶的5G空間衛星網絡體系架構、高動態網絡拓撲下組網與路由技術、新型空間衛星網絡管理方案等前沿應用技術的研究，並搭建了基於SDN的高性能空間衛星網絡仿真平台，促進學術研究到大規模應用的成果轉化，形成完整的空間網絡產業鏈的形成。

        該項目形成了一套面向高動態網絡拓撲和海量用戶的空間衛星網絡路由原型系統，在國際會議上發表論文1篇，申請國家發明專利2項。

成果在哪些地方推廣應用，合同額達到多少？

無。

成果在行業引領作用，經濟效益和社會效益，可附上2-3張展現項目成果的圖片。

        低軌衛星通信系統具有覆蓋區域廣、受地形地貌影響小和不受自然災害影響等特點，非常適合偏遠地區通信、特種行業應用、邊海防防務、境外通信和重大災害中的應急通信等應用。在應急、國防、政府、商業等領域均佔有重要的一席之地。

圖1 仿真效果圖

        本系統擬採用純IP的網絡構架，將網絡中信令交互最頻繁的網元承載在地面，星間網絡主要負責接入和路由轉發功能，以儘量減少星上資源的使用。對於星間的路由系統，通過結合衛星網絡本身的規律性變化，採用動靜結合的路由方案，節省星上剩餘計算資源，保證星間網絡的彈性。全面地提出了星與星之間切換、單星覆蓋範圍下的單波束切換以及地面用戶的移動性管理問題的解決方案，並採用DSCP和網絡虛擬化進行了分級服務，列出了用戶基本通信階段的信令流程，系統具備完備性以及未來可實現性。

        仿真平台採用現有的SDN網絡架構，可仿真新型網絡協議，並且保留了原有的路由協議，可以驗證傳統網絡的準確性。該平台向新型網絡演進也代表了衛星網絡技術的進一步發展，可以增強網絡架構的可擴展性。同時，採用半實物仿真的模型可以增加仿真結果的可靠性、真實性，為衛星網絡的進一步發展提供基礎。因為採用SDN網絡架構，該實驗平台也可以良好的契合到未來網絡的體系中，標誌着整個網絡的發展，相比於現有的衛星試驗床架構，極大的打破了現有的固定思維，讓衛星網絡更進一步發展。

未來願景等後續工作。

        在後續工作中，基於SDN的高性能空間衛星網絡仿真平台方案可以與CENI結合，為空間網絡的仿真提供大規模的仿真環境。CENI試驗床集成了強大的信息存儲系統，在資源復用原則的支持下，該存儲系統能夠充分滿足任意用戶的信息收集保存需求，且不造成資源浪費。網絡管理員和試驗參與者還可以利用試驗床集成的數據分析系統進行精細化和深度的數據分析，可以為空間網絡仿真平台提供準確、高效的仿真結果分析，為空間網絡的實現提供全面、可靠的數據支持。另外，CENI有着便利的異構網絡和資源的開放接入的優勢，支持多種平台互連，提供統一的資源管理與調度，並向用戶提供靈活、開放、統一的服務接口，CENI也支持不同級別異構資源的開放接入和快速靈活加載，為試驗用戶提供豐富的試驗環境。基於SDN的低軌衛星仿真環境中的星間網絡是一個私網，可以作為CENI中的一個大型邊緣網，可支持現有衛星運控站網絡、現有IP公網的互聯，支持衛星路由器設備的接入、支持密集組網和用戶無感知切換，進行在軌真實流量的驗證，使仿真更加真實、可靠。同時，在衛星升空後，可以將CENI作為天地一體化中的地基網絡，為天地一體的網絡應用服務、運維管控提供支撐。