天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源融合管理與智能調(diào)度技術(shù)

趙 晶,柳 罡,雷 璟,嚴(yán)曉云

(1.華北科技學(xué)院 應(yīng)急技術(shù)與管理學(xué)院,河北 三河 065201;2.中國電子科技集團有限公司電子科學(xué)研究院,北京 100041)

0 引 言

蓬勃發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以及日益增長的空間數(shù)據(jù)傳輸、航空/海事通信、遠程移動通信需求,加速推動著地面網(wǎng)絡(luò)向空間拓展,一批代表性的網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)想和建設(shè)項目紛紛被提出并實施,如美國全球信息柵格(Global Information Grid,GIG)、轉(zhuǎn)型通信體系(Transformation Communications Architecture,TCA)、面向全球通信的一體化空間基礎(chǔ)設(shè)施(Integrated Space Infrastructure for Global Communication,ISICOM)構(gòu)想、O3b、OneWeb、STEAM、Project Loon、Iridium Next等項目,陸、海、空、天多層次融合組網(wǎng)態(tài)勢日趨明顯,天地網(wǎng)絡(luò)發(fā)展進入全新階段。

天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是以空間平臺(如衛(wèi)星、平流層氣球、飛機等)為載體,整合地面網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,實時獲取、傳輸和處理空間信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。作為國家基礎(chǔ)設(shè)施,天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)遠洋航行、應(yīng)急救援、導(dǎo)航定位、航空運輸、航天測控等行業(yè)發(fā)揮作用的同時,向下可支持對地觀測的高動態(tài)、寬帶實時傳輸,向上可支持深空探測的超遠程、大時延可靠傳輸,從而將人類科學(xué)、文化、生產(chǎn)活動拓展至空間、遠洋乃至深空,是全球范圍的研究熱點。

天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是一個立體多層、異質(zhì)異構(gòu)、拓撲動態(tài)、業(yè)務(wù)多樣以及資源分布不均勻的網(wǎng)絡(luò),相比其他信息系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)中包含衛(wèi)星、升空平臺、傳感器、地面路由傳輸設(shè)備等各類節(jié)點。這些節(jié)點被賦予不同的功能和屬性,處于不同的高度,工作在不同的環(huán)境中,具有不同的傳輸、計算、存儲能力以及復(fù)雜的時空行為。天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)承載任務(wù)屬性多樣、資源需求差異性大、業(yè)務(wù)種類多。相比地面網(wǎng)絡(luò)而言,天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)除了具備設(shè)備互通、協(xié)同組網(wǎng)、異構(gòu)融合、動態(tài)重構(gòu)、資源共享、可動態(tài)擴展等功能外,還具有資源受限、網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化等特點。

針對天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特點,國外關(guān)于天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的研究也在持續(xù)開展。美國為支持全球戰(zhàn)略和聯(lián)合作戰(zhàn),提出了以天、地骨干網(wǎng)絡(luò)為核心的“三層多域”的全球信息柵格網(wǎng)絡(luò)體系和以天基網(wǎng)絡(luò)為重點的轉(zhuǎn)型通信體系,設(shè)計并構(gòu)建了面向陸、海、空、天網(wǎng)絡(luò)[1]的一體化管理體系,突出基于策略、規(guī)則的聯(lián)合智能化管理理念。美國科學(xué)基金委員會已實施“先進無線通信研究計劃”,開展5G通信系統(tǒng)中高頻數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)研究[2],促進地面移動通信系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)的無縫融合,在最優(yōu)化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源配置、異構(gòu)環(huán)境下具備服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)保障、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)同感知等方面展開研究。歐洲“地平線2020”規(guī)劃了“面向未來彈性網(wǎng)絡(luò)的虛擬化混合衛(wèi)星/地面系統(tǒng)”項目,將軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)[3-4]、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Functions Virtualization,NFV)等新技術(shù)引入天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),研究天地網(wǎng)絡(luò)融合管理模式和體系架構(gòu)建立聯(lián)合的網(wǎng)絡(luò)資源管理框架與機制,涉及衛(wèi)星資源虛擬化與共享、4G/5G衛(wèi)星傳輸服務(wù)、天地混合接入服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)。

與此同時,國內(nèi)積極開展互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、空間信息網(wǎng)等領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新研究,為開展天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)研究奠定了一定基礎(chǔ)。一方面,國內(nèi)科研院所重點針對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)資源管理技術(shù)開展了大量研究,涉及移動通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)等不同體制,涵蓋接入控制[5]、移動切換[6]、負載均衡、資源分配[7]、擁塞控制等范疇,提出了多種集中式、分布式、分級式聯(lián)合無線資源管理機制和算法,通過對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源的細粒度、多維度分析,提出了動態(tài)天基資源虛擬化[8]、調(diào)度與協(xié)同管理機制[9],以及資源的自適應(yīng)和動態(tài)調(diào)度機制[10-11]。另一方面,針對戰(zhàn)場機固網(wǎng)系融合應(yīng)用需求,提出了基于軟件定義的一體化網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)框架[12-13],開展了有線無線一體化控制、多路徑并發(fā)傳輸控制[14]等技術(shù)研究,開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)控制器等原型設(shè)備軟件,構(gòu)建了有線無線融合管理的概念系統(tǒng)。

隨著網(wǎng)絡(luò)空間的不斷拓展,人工智能等新技術(shù)廣泛應(yīng)用,加速推動天地融合網(wǎng)絡(luò)管理朝融合化、智能化方向發(fā)展[15]。面向應(yīng)用的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合管理能力保障網(wǎng)絡(luò)的高效運行、互補增強,利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源為陸、海、空、天各類用戶提供普適泛在的高質(zhì)量服務(wù)[16]是網(wǎng)絡(luò)管理的發(fā)展趨勢,傳統(tǒng)基于網(wǎng)元的管理模式已經(jīng)不能滿足新時期管理需求。本文開展了天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源融合管理和智能調(diào)度研究,基于資源虛擬化及動態(tài)分配調(diào)整,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的協(xié)同運用和自主調(diào)優(yōu),實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一調(diào)度和智能分配。

1 天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源管理

天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源管理面向天基信息網(wǎng)、地面互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等天地各類網(wǎng)絡(luò),在管理對象上不僅包括節(jié)點、鏈路等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施以及終端資源,還包括波束、頻率、功率、帶寬以及地址、標(biāo)識、計算、存儲、數(shù)據(jù)等資源。網(wǎng)絡(luò)資源融合管理與調(diào)度實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的精細化管理和天地資源的統(tǒng)籌調(diào)度,保障網(wǎng)絡(luò)的高效運行和資源優(yōu)化利用。

針對天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中存在多種異質(zhì)資源并且相互分離的特點,本文研究天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源融合管理架構(gòu),從天地異構(gòu)資源分類與虛擬化、天地異構(gòu)資源多維描述與子網(wǎng)構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)虛擬化資源智能分配與調(diào)整3個方面闡述面向天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的多維資源調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)?；趯W(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)資源的感知,結(jié)合用戶需求,為上層用戶提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)受理用戶業(yè)務(wù)請求,制定任務(wù)保障方案,實現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)開通、承諾服務(wù)質(zhì)量保障,支持上層應(yīng)用,以提高整個網(wǎng)絡(luò)資源利用率和提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。

1.1 天地異構(gòu)資源分類與虛擬化

天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組成如圖1所示,是一個立體多層的全球網(wǎng)絡(luò),時空差異大;節(jié)點類型多,鏈路差異性大,網(wǎng)絡(luò)異質(zhì)異構(gòu)性強;節(jié)點、鏈路隨時空變化,拓撲動態(tài)性強;業(yè)務(wù)種類多、分布范圍廣,需求差異性大;信息獲取、存儲處理、傳輸分發(fā)等網(wǎng)絡(luò)資源受限。同時,天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)還需要考慮信息傳輸?shù)母鱾€環(huán)節(jié)(用戶接入、空間傳輸、地面?zhèn)鬏?以及網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議的適配和轉(zhuǎn)換。

圖1 天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組成Fig.1 Composition of space-ground integrated networks

天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源主要包括6類：信息處理資源,對信息進行判別、篩選、分類、排序、分析、計算等加工處理,如各類空間平臺攜帶的在軌信息處理設(shè)備;信息傳輸資源,能夠?qū)⑿畔囊欢藗鬏斨亮硪欢?如微波天線、激光終端、地面光纜、地面電纜等;信息交換資源,使其在不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間進行信息交換的資源,如各類空間平臺攜帶的微波開關(guān)矩陣、路由器、交換機等;計算資源,根據(jù)需求完成指定計算任務(wù)的資源,如計算機、服務(wù)器、信息處理機等;信息存儲資源,根據(jù)要求靈活存儲各類信息的資源,如各類電、磁或光存儲設(shè)備;數(shù)據(jù)資源,包括圖像、電磁信號等遙感類信息,對衛(wèi)星、浮空平臺、飛機指揮控制的遙測遙控類數(shù)據(jù),語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等通信類數(shù)據(jù)。

為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的靈活管理和智能調(diào)度,采用準(zhǔn)確的資源描述和建模也非常重要。資源的特征信息不僅包含通信帶寬、存儲容量、傳輸速率等靜態(tài)信息,還包含波束指向、鏈路時延、可用帶寬、可用存儲等動態(tài)信息,如圖2所示。通過對資源建模,物理資源到虛擬資源的映射,并實時獲取物理資源的使用情況,動態(tài)維護全局資源池。全局資源池對物理資源進行輕量級管理,通過分割、復(fù)用、調(diào)度等方法將物理資源虛擬呈現(xiàn)為通用的、可調(diào)度的虛擬資源,向上層屏蔽物理資源具體細節(jié)。

圖2 網(wǎng)絡(luò)資源建模Fig.2 Network resource modeling

天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源融合管理架構(gòu)包括物理資源管理、虛擬資源管理、虛擬網(wǎng)元管理三層功能。

物理資源管理通對物理資源的多維抽象和管理形成的全局資源池即為虛擬資源層,其動態(tài)實時地維護虛擬資源和物理資源的映射,提供虛擬資源的分配、回收、調(diào)度、休眠、激活、遷移等管理功能。根據(jù)上層的資源需求,將可用的虛擬資源、資源能夠提供的服務(wù)質(zhì)量以及資源可用的時長進行資源的匹配和調(diào)度,實現(xiàn)虛擬資源到物理資源的映射。

虛擬資源管理實時監(jiān)視獲取資源狀態(tài),將空閑的網(wǎng)絡(luò)資源、已分配未使用的網(wǎng)絡(luò)資源視作可用資源,更新全局資源池狀態(tài)進行重配置。同時監(jiān)視重點用戶的資源使用情況,如果資源使用率超過閾值以致影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量,則為用戶調(diào)配更多的網(wǎng)絡(luò)資源保證服務(wù)質(zhì)量。

虛擬網(wǎng)元管理組合虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建可編程可配置的虛擬網(wǎng)元。系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求將虛擬資源動態(tài)組合和綁定,如接入的頻率帶寬資源、協(xié)議處理資源、管理控制資源等,組成具有完整網(wǎng)元邏輯和物理功能的虛擬網(wǎng)元實體。虛擬網(wǎng)元實體組成通信過程中涉及的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,包括接入節(jié)點、傳輸節(jié)點、管控節(jié)點,完成數(shù)據(jù)處理傳輸功能,基于業(yè)務(wù)需求生成網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù),并將配置參數(shù)下發(fā)至虛擬網(wǎng)元,不僅包括虛擬網(wǎng)元的連接關(guān)系、網(wǎng)元地址、通信頻率、鏈路帶寬等,還包括網(wǎng)元協(xié)同機制和算法,如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、接入控制、資源分配算法等。天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源融合管理架構(gòu)如圖3所示。

圖3 天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源融合管理架構(gòu)Fig.3 Resource management architecture of space-ground integrated networks

1.2 天地異構(gòu)資源多維描述與子網(wǎng)構(gòu)建

M(Gv)：Gv->Gs

該過程可以進一步分解為節(jié)點映射和鏈路映射：

MN(Nv)：Nv->Ns

ML(Lv)：Lv->Ls

MN和ML過程中滿足

映射過程中,將網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)所需的網(wǎng)元匹配相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點及覆蓋,具體算法如下：

1 無向圖Gs,定義為Gs(Ns,Ls),構(gòu)建虛擬子網(wǎng)Gv(Nv,Lv)

2 初始化Nv←?,Lv←?

7 end if

8 end for

10 符合鏈路服務(wù)指標(biāo)的鏈路集合為コ,コ←?

11 for allLijdo

13Lij∈コ

14 end if

15 end for

16 for allLij∈コ do

18Lij?コ

19 end if

20 end for

21 for allLij∈コ do

23Lij?コ

24 end if

25 end for

26Lv←コ

27 for allLij∈Lvdo

29 end for

31 return SUCCESS;

35 else

36 網(wǎng)絡(luò)不是全聯(lián)通的

37 return FAIL

虛擬子網(wǎng)的構(gòu)建過程是將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點鏈路服務(wù)能力與業(yè)務(wù)需求的適配優(yōu)化問題。首先,對滿足業(yè)務(wù)需求的相關(guān)節(jié)點進行綁定形成物理網(wǎng)絡(luò),用戶接入方面主要考慮衛(wèi)星節(jié)點的覆蓋性,網(wǎng)絡(luò)傳輸方面主要考慮通信雙方位置。然后,分析節(jié)點特性和鏈路特性對傳輸可靠性、傳輸效率和服務(wù)質(zhì)量的影響,以組網(wǎng)業(yè)務(wù)滿意度為導(dǎo)向,對差異化服務(wù)能力的節(jié)點鏈路進行協(xié)同構(gòu)建,促進網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、節(jié)點負載以及資源適配的迭代優(yōu)化。最后,通過網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和節(jié)點鏈路資源適配的歷史統(tǒng)計信息,通過數(shù)理統(tǒng)計方法構(gòu)建服務(wù)質(zhì)量適配經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)虛擬子網(wǎng)構(gòu)建自學(xué)習(xí)的過程,提升優(yōu)化匹配算法。

1.3 網(wǎng)絡(luò)虛擬化資源的智能分配與動態(tài)調(diào)整

虛擬子網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求是動態(tài)變化的,若按照傳統(tǒng)基于網(wǎng)元峰值負載的方式進行網(wǎng)元虛擬化會造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費,因此,本文將整個天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)運行的大粒度時間段劃分為多個細粒度時間段。網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度可以分解為在時段T內(nèi)將K個虛擬網(wǎng)元到N個物理設(shè)備的多維映射問題,映射過程旨在優(yōu)化每個時間段資源的利用率。利用率太高說明網(wǎng)絡(luò)會產(chǎn)生擁塞降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量,利用率太低說明網(wǎng)絡(luò)資源空閑會造成浪費。

在虛擬子網(wǎng)運行過程中,當(dāng)其承載的業(yè)務(wù)負載發(fā)生明顯變化時,會造成該虛擬子網(wǎng)所映射到的物理節(jié)點、鏈路難以支撐其負載的情況,此時需要對該虛擬子網(wǎng)的資源進行相應(yīng)調(diào)整,尋找優(yōu)化的調(diào)整時機和調(diào)整目標(biāo)將虛擬網(wǎng)元遷移到其他物理設(shè)備上,或者通過增加新的物理設(shè)備承載增多的業(yè)務(wù)。同樣,當(dāng)虛擬子網(wǎng)的資源空閑較多時,管控系統(tǒng)也可以釋放一部分物理資源避免浪費。在虛擬資源的動態(tài)調(diào)整過程中,第一個原則是盡量少地影響當(dāng)前的虛擬子網(wǎng)配置,這樣可以不中斷網(wǎng)絡(luò)中正在運行的業(yè)務(wù);第二個原則是選擇剩余資源較多的物理設(shè)備,這樣可以更好地適應(yīng)資源的動態(tài)調(diào)整。

在虛擬資源的遷移過程中,物理承載節(jié)點的變化會導(dǎo)致業(yè)務(wù)的中斷,而對于通信網(wǎng)絡(luò)來說,用戶的服務(wù)質(zhì)量要求高,對網(wǎng)絡(luò)的時效性可靠性要求也高,尤其是在重要的通信過程中(如應(yīng)急通信)網(wǎng)絡(luò)的中斷會造成重大的損失。在天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)資源的遷移應(yīng)當(dāng)無縫、透明、快速,避免造成業(yè)務(wù)的中斷。因此,資源的無縫遷移是資源虛擬化的核心技術(shù)之一,使得整個天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)負載過低時進行多個虛擬子網(wǎng)部分節(jié)點鏈路資源的調(diào)整,提高物理資源的利用率,節(jié)約節(jié)點鏈路資源;在業(yè)務(wù)負載過高或設(shè)備故障、替換、升級時進行無縫切換,提高系統(tǒng)的可靠性。

為了實現(xiàn)虛擬資源的無縫遷移,本文將網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備上的物理資源抽象為“虛擬資源”。“虛擬資源”上運行的任務(wù)通過“任務(wù)功能”和“任務(wù)上下文”來描述,其中,“任務(wù)功能”是根據(jù)輸入輸出實現(xiàn)某種功能的任務(wù)實體,即物理設(shè)備上運行的處理軟件,包括計算任務(wù)、存儲任務(wù)、路由任務(wù)、交換任務(wù)、傳輸任務(wù)等;而“任務(wù)上下文”則是為了實現(xiàn)某一個“任務(wù)功能”所需的相關(guān)數(shù)據(jù),包括任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、上下文參數(shù)、狀態(tài)機信息、定時器信息等。通過“任務(wù)上下文”可以完整地描述一個“任務(wù)功能”,在不同時間、不同物理設(shè)備上重建?！叭蝿?wù)功能”和“任務(wù)上下文”的協(xié)同可以解耦正在運行的任務(wù)和物理設(shè)備之間的綁定。當(dāng)虛擬資源遷移時,首先存儲“任務(wù)功能”狀態(tài)和“任務(wù)上下文”并遷移至新的物理設(shè)備。新的物理設(shè)備上調(diào)度所需資源通過“任務(wù)功能”和“任務(wù)上下文”重建處理任務(wù),并根據(jù)“任務(wù)上下文”更新以保證整個過程的數(shù)據(jù)完整不丟失,具體過程如圖4所示。

圖4 虛擬資源無縫遷移過程Fig.4 Seamless migration of virtual resources

如圖4(a)所示,當(dāng)物理設(shè)備收到虛擬資源層資源遷移指令時,位于物理設(shè)備上的任務(wù)管理模塊將“任務(wù)功能”狀態(tài)和“任務(wù)上下文”數(shù)據(jù)進行保存,“任務(wù)功能”繼續(xù)運行處理后續(xù)數(shù)據(jù),保障業(yè)務(wù)連續(xù)且記錄“任務(wù)上下文”數(shù)據(jù)的更新信息。

如圖4(b)所示,物理設(shè)備根據(jù)虛擬資源遷移指令,將“任務(wù)功能”狀態(tài)和“任務(wù)上下文”數(shù)據(jù)遷移到更新的物理設(shè)備上,時刻為t1。

如圖4(c)所示,更新的物理設(shè)備收到“任務(wù)功能”狀態(tài)和“任務(wù)上下文”數(shù)據(jù)后重建處理任務(wù),重建的處理任務(wù)被暫時掛起,數(shù)據(jù)被緩存。

如圖4(d)所示,虛擬資源層將更新后的物理資源(處理任務(wù))和虛擬資源進行綁定,同時更新物理設(shè)備之間的接口關(guān)系,將其他任務(wù)與任務(wù)a的邏輯接口更新為與重構(gòu)任務(wù)a+的邏輯接口,時刻為t2。任務(wù)a+將接收的數(shù)據(jù)放入緩存,暫緩數(shù)據(jù)處理。

如圖4(e)所示,虛擬資源層將原物理設(shè)備上任務(wù)a在t1-t2之間的“任務(wù)上下文”數(shù)據(jù)更新部分發(fā)送至更新后物理設(shè)備的任務(wù)a+上。

如圖4(f)所示,更新的物理設(shè)備收到“任務(wù)上下文”數(shù)據(jù)更新部分,重建任務(wù),“任務(wù)功能”繼續(xù)運行處理數(shù)據(jù)(緩存中根據(jù)數(shù)據(jù)的時序完成數(shù)據(jù)拼接),虛擬資源層回收任務(wù)a占用的資源,無縫切換完成。

2 實驗結(jié)果

本文依托相關(guān)項目構(gòu)建的3 000顆衛(wèi)星組成的天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進行任務(wù)規(guī)劃和資源調(diào)度,管控系統(tǒng)根據(jù)用戶的位置、通信類型、服務(wù)質(zhì)量來計算為該用戶服務(wù)的衛(wèi)星節(jié)點和地面節(jié)點。管控系統(tǒng)周期性進行任務(wù)規(guī)劃,以10 min為規(guī)劃周期,規(guī)劃上一個周期內(nèi)收到的通信服務(wù)請求。仿真中以8個請求為仿真輸入,重復(fù)規(guī)劃過程20次,平均規(guī)劃時長約為50 s,滿足一般衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)分鐘級的規(guī)劃時效性需求,如圖5所示。由于仿真采用3 000顆衛(wèi)星的大規(guī)模衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),需求的滿足度為100%。

圖5 網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃算法結(jié)果Fig.5 The result of network resource scheduling algorithms

3 結(jié)束語

未來網(wǎng)絡(luò)是一個泛在、融合、高效的網(wǎng)絡(luò),正如ITU-T Y.3001所描繪的那樣,具有業(yè)務(wù)意識、數(shù)據(jù)意識、環(huán)境意識、社會和經(jīng)濟意識能力。然而,如此復(fù)雜異構(gòu)的網(wǎng)系要實現(xiàn)上述目標(biāo),優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、改善網(wǎng)絡(luò)管理必然是一種重要途徑,特別是將智能賦予網(wǎng)絡(luò)。本文提出異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源的智能管理旨在實現(xiàn)更加靈活的資源調(diào)度,提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率,改善網(wǎng)絡(luò)節(jié)點資源消耗;自主地感知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和用戶需求,自主地為應(yīng)用調(diào)度、分配網(wǎng)絡(luò)資源,智能地為用戶提供便捷、友好的業(yè)務(wù)體驗。

本文提出天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源的融合管理與智能調(diào)度架構(gòu)及相關(guān)技術(shù),針對不同資源的特點及應(yīng)用需求,后續(xù)將進行深入研究。