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（一）項目背景 空天地一體化信息網絡是“科技創新 2030 重大項目”，它 將融合多個獨立低軌道衛星星座與地面網絡，構成綜合互聯網，提供全球移動通信與互聯網業務。其重要特征在于為天基、空基、海基、偏遠地域用戶提供通信與算力服務，為地面移動通信系統及互聯網提供承載服務，為森林、江河、路軌、電力傳輸的安全運維提供物聯網服務。路由器是空天地一體化信息網絡的關鍵部件，為網絡資源的高效調度、業務的精準部署提供支撐。 面臨的挑戰之一是：高資源利用率與高服務質量之間的矛盾。作為網絡基礎設施，該網絡須提供與地面網絡相比擬的服務質量，讓天基、空基、海基、偏遠地域用戶愿意使用，提升網絡用戶量。同時，網絡的資源利用率高，降低網絡的建造與運維成本，支持網絡的自我發展。空天地一體化信息網絡與地面網絡差異較大，直接應用地面網絡路由技術，網絡的資源利用率與 QoS 保障水平均會下降，基于此，提出了空天地一體化網絡時間確定網絡路由器解決方案，旨在解決高資源利用率與高服務質量之間的矛盾，在大規模動態網絡中保障業務時延，該方案亦適用于斷續連通網絡，且與 Ipv6 網絡兼容。該技術為大規模時間確定網絡的構建提供理論與技術支撐。 （二）項目簡介 面向空天地一體化網絡，針對傳統路由技術難以兼顧高資源利用率與高服務質量的問題，探索其背后的科學問題，提出了空天地一體化網絡時間確定網絡路由器解決方案，研制了星載路由器原理樣機。主要部件及性能如下所述。 1）提出具有時間屬性的路由算法。在網絡表征中引入了時間屬性，設計了具有時間屬性的路由算法，解決了傳統路由算法缺乏時間屬性，易造成網絡擁塞和分組丟失，時間確定性難保障； 2）提出了基于傳輸資源與存儲資源關聯調度方法，適應業務隨機性與衛星網絡拓撲的時變性出提出了表征網絡時變特征； 3）設計了自適應拓撲發現與維護機制，能以較低負荷維護網絡時變拓撲信息； 4）提出了低負荷的移動管理機制，避免衛星移動引入的大量移動管理負荷，保障了服務時延； 5）提出了基于時間屬性的數據面轉發方法，保障敏感業務傳輸的同時，提升了網絡資源利用率； 6）提出 DTN 網絡與 IP 網絡兼容方案，支持斷續連通網絡路由構建與分組的托管傳輸； 7）研制了時間確定網絡路由器原理樣機，支持相關算法與協議的在線驗證； 8）開發了大規模空天地一體化網絡鏈路模擬系統，在線模擬網絡時變鏈路，支持路由器、路由協議在規模化的網絡環境中驗證。 路由器、鏈路模擬器及路由協議驗證界面 （三）關鍵技術 時變網絡多維資源的圖模型表征與多維資源聯合調度技術。課題組拓展了時變圖理論，解決了傳輸資源與存儲資源的關聯調度問題，提升了傳輸資源利用率；設計了基于時間屬性的路由算法，在時變的天地一體化網絡中，構建了具有時間屬性的端到端路徑，解決了傳統路由技術難以保障端到端時延的問題。

本課題從能源互聯網自下而上構建開放互聯、對等分享的新型能源電力基礎設施的需求出發，提出能源路由器是能源互聯網實現的關鍵裝備。借鑒互聯網的理念、技術、方法和架 構，能源路由器效仿信息網絡路由器，以實現能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲能以及信息通信技術的發展，本課題結合能源互聯網用戶需求側能量交換與互聯的需 求，研制低壓小容量能源路由器。清華大學在國內較早開始開展能源互聯網方面的研究工作，提出了能源互聯網基本架構、 關鍵技術，并開展能源路由器以及相關信息通信技術等方面的研發工作，并于 2014 年獲得 國家自然科學基金委首個能源互聯網方面的立項——“能源互聯網建模、分析與優化理論研 究”，目前參與承擔國家電網公司科技項目“能源互聯網技術架構研究”“能源互聯網信息通 信體系架構研究”和“全球視角下能源互聯網的系統構建理論及情景分析”等直接能源互聯 網相關研究。能源路由器是能源互聯網的核心重大裝備，未來電網發展趨勢會以大量電力電子裝置呈現，電能路由器以電力電子技術為基礎，電能路由器未來能替代電力變壓器、電力電子裝備 等，加上隨著新能源和分布式新能源的發展，新能源的接入成為能源路由器的最大推手，市 場規模達到百億以上。

本課題從能源互聯網自下而上構建開放互聯、對等分享的新型能源電力基礎設施的需求出發，提出能源路由器是能源互聯網實現的關鍵裝備。借鑒互聯網的理念、技術、方法和架 構，能源路由器效仿信息網絡路由器，以實現能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲能以及信息通信技術的發展，本課題結合能源互聯網用戶需求側能量交換與互聯的需求，研制低壓小容量能源路由器。 清華大學在國內較早開始開展能源互聯網方面的研究工作，提出了能源互聯網基本架構、 關鍵技術，并開展能源路由器以及相關信息通信技術等方面的研發工作，并于 2014 年獲得 國家自然科學基金委首個能源互聯網方面的立項——“能源互聯網建模、分析與優化理論研究”，目前參與承擔國家電網公司科技項目“能源互聯網技術架構研究”“能源互聯網信息通 信體系架構研究”和“全球視角下能源互聯網的系統構建理論及情景分析”等直接能源互聯 網相關研究。裝置的主要創新點如下： l 能源路由器實現開放式即插即用的能量交換與路由； l 能源路由器支持多路可擴展的新能源和動態負荷接入； l 能源路由器解決瞬時平衡的能源互聯網能量管理； l 能源路由器實現信息—能量融合的基礎設施一體化； l 能源路由器在海淀北區能源互聯網項目示范應用； 性能參數： l 研制自治微網能源路由器和小批量實現，傳輸電壓等級為低壓 380V，系統容量達 到百 kVA 級，響應時間小于 10ms，接入電源類型不少于 2 種，負荷類型不少于 3 類。 l 能源路由器可實現基本的能量路由功能，還可提供可擴展的工作模式：潮流調節模 式（增加有功、無功統一調節；功率因數達到 95%以上）和電能質量調節模式（增加電能質 量暫態、穩態指標的統一調節；暫態電壓補償能力超過 30%，電流諧波含量小于 5%）。

項目成果/簡介:本課題從能源互聯網自下而上構建開放互聯、對等分享的新型能源電力基礎設施的需求出發，提出能源路由器是能源互聯網實現的關鍵裝備。借鑒互聯網的理念、技術、方法和架 構，能源路由器效仿信息網絡路由器，以實現能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲能以及信息通信技術的發展，本課題結合能源互聯網用戶需求側能量交換與互聯的需求，研制低壓小容量能源路由器。

能源路由器是實現能源互聯網與配電網的信息交換與電能共享的核心電力電子裝置。現有的以固態變壓器為核心的電力變換裝置由于其拓撲結構落后，且效率低下，不能實現基于能源路由器的能源協調控制策略。針對上述難題，研發了一種應用于能源互聯網的能源路由器裝置，包括三相三電平雙向整流單元、六相交錯DC/DC雙向變換單元、自激軟啟動推挽式全橋DC/DC雙向變換單元、三相諧振軟開關雙向逆變單元、單相全橋雙向逆變單元；可實現從各能源終端將分布式電源并網，能量轉換形式更加多樣化，從根本上實現能量的雙向流動；多單元拓撲結構決定其可提供多種電壓等級電能，滿足多種負載與儲能設備的需求。

本發明提出一種延遲可容忍網絡的星上路由器仿真方法，包括：1.結合 CCSDS 和 DTNRG 構建星 上路由器模型，在 OPNET 中進行可行性和有效性驗證；2.基于 OPNET 的 SITL 接口實現虛擬數據流和 真實數據流的轉換，驗證網關處理能力；3.用 STK 得到網絡拓撲中星際和星地鏈路相關數據，并導入仿 真軟件模擬星際網絡；4.對網絡損傷儀進行延遲、誤碼率等相關設置，模擬空間鏈路。因此，本發明具 有如下優點：整合現有空間通信協議體系提

一種小規模無線傳感器網絡的路由方法，本發明屬于無線傳感器網絡路由領域，解決傳統和聲搜索算法不能直接用于求解無線傳感器網絡路由的問題。本發明包括傳遞全局信息步驟、發送數據包步驟、傳遞數據包步驟和更新剩余能量信息步驟。本發明對現有和聲搜索算法的編碼方式及候選和聲生成方法進行改進，既考慮路徑能耗也考慮路徑長度，能有效平衡整個網絡的能耗，顯著延長整個網絡的生命周期。

1.關鍵技術 a. 地理信息系統模型：建立統一的地理信息系統模型，用以表達不同特征的地理信息數據。空間數據模型是整個GIS理論中最為核心的內容。為了能夠利用信息系統工具來描述顯示世界，必須對現實世界進行建模。對于地理信息系統而言，其結果就是空間數據模型。為了解決當前數據模型復雜多樣的情況，必須使用更通用的更具有兼容性的數據類型來包裝或者代替各個不同的地理信息系統的數據格式。在地理信息系統模型方面可以參考各種地理信息數據的國際標準，并在此基礎上形成地理信息核心平臺的數據模型。 b. 基于SOA的地理信息系統框架：SOA是一種結構模型，它可以根據需求通過網絡對松散耦合的粗粒度應用組件進行分布式部署、組合和使用。服務層是SOA的基礎，可以直接被應用調用，從而有效控制系統中與軟件代理交互的人為依賴性。SOA是一種低耦合的服務技術。通過SOA將地理信息系統的功能和其實現分離開，從而實現地理信息系統核心功能接口與實現的分離，形成由各種地理信息系統引擎來實現地理信息的實際功能，而地理信息核心平臺實現服務的系統框架。 c. 基于SOA的地理信息綜合應用解決方案。 2. 創新點 a. 異構的地理信息數據訪問技術：系統采用引擎的方式對異構的數據庫進行封裝，形成地理信息系統服務的統一服務接口，為異構的地理信息數據庫的方位提供了統一的平臺。 b. 基于SOA的地理信息系統核心平臺：通過以服務為中心而不是以應用為中心來組織地理信息的功能和服務，SOA為應用提供了一系列關鍵的好處:提高地理信息系統開發的效率、對業務的靈活性和響應速度、允許地理信息平臺使用各種新技術更快地提供服務并更好地適應業務的需求以及允許業務更快地響應并提供更好的用戶體驗。 c. 多種模式的地理信息全面解決方案：通過基于SOA的地理信息系統核心平臺的建設，可以將BS終端、CS終端、嵌入式移動終端、服務等地理信息系統的應用模式集成在統一的地理信息核心平臺中，形成基于SOA的地理信息應用的全面解決方案。 項目主要應用范圍: “地理信息系統核心平臺”正是基于以上成熟的商業地理信息系統平臺進行開發具有能夠融合各種不同格式、類型的地理信息系統數據和功能的地理信息系統平臺。所以其必將成為地理信息系統建設的核心平臺。 就鐵路系統來說，目前全路地理信息系統正在規劃中。按照鐵道部全路地理信息系統的規劃方案，部級、路局級系統將選擇較為成熟可靠的地理信息統平臺的選擇ArcInfo，而站段級將選擇較為經濟的SuperMap。另外，為了使各路局、各專業已經建成的地理信息系統的數據和應用得以共享，“地理信息系統核心平臺”也將成為系統建設的標準配置。所以，“地理信息系統核心平臺”在鐵路系統就會形成極為廣泛的市場。 對于各級政府數字城市建設，“地理信息系統核心平臺”具有更為廣泛的市場前景。 項目界面圖:  主要技術指標: 1、地理信息系統的可擴展性框架 基于兼容各種地理信息系統的可擴展性的框架式地理信息系統的核心平臺。在這個平臺的基礎上建立地理信息系統的表達平臺、功能性平臺、擴展平臺。 2、地理信息基礎表達平臺 地理信息系統平臺必須能夠表達地理信息數據，包括數據和空間關系。這些將由地理信息基礎表達平臺來完成。 3、地理信息的功能性服務平臺 地理信息系統的功能性平臺提供與地理信息系統相關的應用功能，用以實現信息的應用。具體內容包括有：CS應用平臺、BS應用平臺、地理信息系統服務平臺、嵌入式功能平臺。地理信息系統的功能性平臺主要完成了地理信息系統的核心功能的操作和應用。 4、地理信息的擴展服務平臺 地理信息系統平臺的擴展平臺是指在擴展框架的基礎上，為某些關鍵應用建立的擴展性應用，從而提高整個地理信息系統平臺的實用性。 主要經濟指標: “地理信息系統核心平臺”正是基于成熟的商業地理信息系統平臺進行開發具有能夠融合各種不同格式、類型的地理信息系統數據和功能的地理信息系統平臺。所以其必將成為地理信息系統建設的核心平臺。 就鐵路系統來說，目前全路地理信息系統正在規劃中。按照鐵道部全路地理信息系統的規劃方案，部級、路局級系統將選擇較為成熟可靠的地理信息統平臺的選擇ArcInfo，而站段級將選擇較為經濟的SuperMap。另外，為了使各路局、各專業已經建成的地理信息系統的數據和應用得以共享，“地理信息系統核心平臺”也將成為系統建設的標準配置。所以，“地理信息系統核心平臺”在鐵路系統就會形成極為廣泛的市場。