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（一）項(xiàng)目背景 空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是“科技創(chuàng)新 2030 重大項(xiàng)目”，它 將融合多個(gè)獨(dú)立低軌道衛(wèi)星星座與地面網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成綜合互聯(lián)網(wǎng)，提供全球移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。其重要特征在于為天基、空基、海基、偏遠(yuǎn)地域用戶提供通信與算力服務(wù)，為地面移動(dòng)通信系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)提供承載服務(wù)，為森林、江河、路軌、電力傳輸?shù)陌踩\(yùn)維提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。路由器是空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部件，為網(wǎng)絡(luò)資源的高效調(diào)度、業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)部署提供支撐。 面臨的挑戰(zhàn)之一是：高資源利用率與高服務(wù)質(zhì)量之間的矛盾。作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，該網(wǎng)絡(luò)須提供與地面網(wǎng)絡(luò)相比擬的服務(wù)質(zhì)量，讓天基、空基、海基、偏遠(yuǎn)地域用戶愿意使用，提升網(wǎng)絡(luò)用戶量。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的資源利用率高，降低網(wǎng)絡(luò)的建造與運(yùn)維成本，支持網(wǎng)絡(luò)的自我發(fā)展。空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)差異較大，直接應(yīng)用地面網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)的資源利用率與 QoS 保障水平均會(huì)下降，基于此，提出了空天地一體化網(wǎng)絡(luò)時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)路由器解決方案，旨在解決高資源利用率與高服務(wù)質(zhì)量之間的矛盾，在大規(guī)模動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中保障業(yè)務(wù)時(shí)延，該方案亦適用于斷續(xù)連通網(wǎng)絡(luò)，且與 Ipv6 網(wǎng)絡(luò)兼容。該技術(shù)為大規(guī)模時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供理論與技術(shù)支撐。 （二）項(xiàng)目簡(jiǎn)介 面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)傳統(tǒng)路由技術(shù)難以兼顧高資源利用率與高服務(wù)質(zhì)量的問(wèn)題，探索其背后的科學(xué)問(wèn)題，提出了空天地一體化網(wǎng)絡(luò)時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)路由器解決方案，研制了星載路由器原理樣機(jī)。主要部件及性能如下所述。 1）提出具有時(shí)間屬性的路由算法。在網(wǎng)絡(luò)表征中引入了時(shí)間屬性，設(shè)計(jì)了具有時(shí)間屬性的路由算法，解決了傳統(tǒng)路由算法缺乏時(shí)間屬性，易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞和分組丟失，時(shí)間確定性難保障； 2）提出了基于傳輸資源與存儲(chǔ)資源關(guān)聯(lián)調(diào)度方法，適應(yīng)業(yè)務(wù)隨機(jī)性與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臅r(shí)變性出提出了表征網(wǎng)絡(luò)時(shí)變特征； 3）設(shè)計(jì)了自適應(yīng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)與維護(hù)機(jī)制，能以較低負(fù)荷維護(hù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)變拓?fù)湫畔ⅲ?4）提出了低負(fù)荷的移動(dòng)管理機(jī)制，避免衛(wèi)星移動(dòng)引入的大量移動(dòng)管理負(fù)荷，保障了服務(wù)時(shí)延； 5）提出了基于時(shí)間屬性的數(shù)據(jù)面轉(zhuǎn)發(fā)方法，保障敏感業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，提升了網(wǎng)絡(luò)資源利用率； 6）提出 DTN 網(wǎng)絡(luò)與 IP 網(wǎng)絡(luò)兼容方案，支持?jǐn)嗬m(xù)連通網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建與分組的托管傳輸； 7）研制了時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)路由器原理樣機(jī)，支持相關(guān)算法與協(xié)議的在線驗(yàn)證； 8）開發(fā)了大規(guī)模空天地一體化網(wǎng)絡(luò)鏈路模擬系統(tǒng)，在線模擬網(wǎng)絡(luò)時(shí)變鏈路，支持路由器、路由協(xié)議在規(guī)模化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中驗(yàn)證。 路由器、鏈路模擬器及路由協(xié)議驗(yàn)證界面 （三）關(guān)鍵技術(shù) 時(shí)變網(wǎng)絡(luò)多維資源的圖模型表征與多維資源聯(lián)合調(diào)度技術(shù)。課題組拓展了時(shí)變圖理論，解決了傳輸資源與存儲(chǔ)資源的關(guān)聯(lián)調(diào)度問(wèn)題，提升了傳輸資源利用率；設(shè)計(jì)了基于時(shí)間屬性的路由算法，在時(shí)變的天地一體化網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)建了具有時(shí)間屬性的端到端路徑，解決了傳統(tǒng)路由技術(shù)難以保障端到端時(shí)延的問(wèn)題。

本課題從能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上構(gòu)建開放互聯(lián)、對(duì)等分享的新型能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的需求出發(fā)，提出能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵裝備。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)、方法和架 構(gòu)，能源路由器效仿信息網(wǎng)絡(luò)路由器，以實(shí)現(xiàn)能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲(chǔ)能以及信息通信技術(shù)的發(fā)展，本課題結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)用戶需求側(cè)能量交換與互聯(lián)的需 求，研制低壓小容量能源路由器。清華大學(xué)在國(guó)內(nèi)較早開始開展能源互聯(lián)網(wǎng)方面的研究工作，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)、 關(guān)鍵技術(shù)，并開展能源路由器以及相關(guān)信息通信技術(shù)等方面的研發(fā)工作，并于 2014 年獲得 國(guó)家自然科學(xué)基金委首個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)方面的立項(xiàng)——“能源互聯(lián)網(wǎng)建模、分析與優(yōu)化理論研 究”，目前參與承擔(dān)國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)研究”“能源互聯(lián)網(wǎng)信息通 信體系架構(gòu)研究”和“全球視角下能源互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)建理論及情景分析”等直接能源互聯(lián) 網(wǎng)相關(guān)研究。能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心重大裝備，未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)會(huì)以大量電力電子裝置呈現(xiàn)，電能路由器以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，電能路由器未來(lái)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(fā)展，新能源的接入成為能源路由器的最大推手，市 場(chǎng)規(guī)模達(dá)到百億以上。

本課題從能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上構(gòu)建開放互聯(lián)、對(duì)等分享的新型能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的需求出發(fā)，提出能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵裝備。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)、方法和架 構(gòu)，能源路由器效仿信息網(wǎng)絡(luò)路由器，以實(shí)現(xiàn)能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲(chǔ)能以及信息通信技術(shù)的發(fā)展，本課題結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)用戶需求側(cè)能量交換與互聯(lián)的需求，研制低壓小容量能源路由器。 清華大學(xué)在國(guó)內(nèi)較早開始開展能源互聯(lián)網(wǎng)方面的研究工作，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)、 關(guān)鍵技術(shù)，并開展能源路由器以及相關(guān)信息通信技術(shù)等方面的研發(fā)工作，并于 2014 年獲得 國(guó)家自然科學(xué)基金委首個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)方面的立項(xiàng)——“能源互聯(lián)網(wǎng)建模、分析與優(yōu)化理論研究”，目前參與承擔(dān)國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)研究”“能源互聯(lián)網(wǎng)信息通 信體系架構(gòu)研究”和“全球視角下能源互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)建理論及情景分析”等直接能源互聯(lián) 網(wǎng)相關(guān)研究。裝置的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： l 能源路由器實(shí)現(xiàn)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(kuò)展的新能源和動(dòng)態(tài)負(fù)荷接入； l 能源路由器解決瞬時(shí)平衡的能源互聯(lián)網(wǎng)能量管理； l 能源路由器實(shí)現(xiàn)信息—能量融合的基礎(chǔ)設(shè)施一體化； l 能源路由器在海淀北區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目示范應(yīng)用； 性能參數(shù)： l 研制自治微網(wǎng)能源路由器和小批量實(shí)現(xiàn)，傳輸電壓等級(jí)為低壓 380V，系統(tǒng)容量達(dá) 到百 kVA 級(jí)，響應(yīng)時(shí)間小于 10ms，接入電源類型不少于 2 種，負(fù)荷類型不少于 3 類。 l 能源路由器可實(shí)現(xiàn)基本的能量路由功能，還可提供可擴(kuò)展的工作模式：潮流調(diào)節(jié)模 式（增加有功、無(wú)功統(tǒng)一調(diào)節(jié)；功率因數(shù)達(dá)到 95%以上）和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)模式（增加電能質(zhì) 量暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的統(tǒng)一調(diào)節(jié)；暫態(tài)電壓補(bǔ)償能力超過(guò) 30%，電流諧波含量小于 5%）。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:本課題從能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上構(gòu)建開放互聯(lián)、對(duì)等分享的新型能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的需求出發(fā)，提出能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵裝備。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)、方法和架 構(gòu)，能源路由器效仿信息網(wǎng)絡(luò)路由器，以實(shí)現(xiàn)能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲(chǔ)能以及信息通信技術(shù)的發(fā)展，本課題結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)用戶需求側(cè)能量交換與互聯(lián)的需求，研制低壓小容量能源路由器。

能源路由器是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)與配電網(wǎng)的信息交換與電能共享的核心電力電子裝置。現(xiàn)有的以固態(tài)變壓器為核心的電力變換裝置由于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)落后，且效率低下，不能實(shí)現(xiàn)基于能源路由器的能源協(xié)調(diào)控制策略。針對(duì)上述難題，研發(fā)了一種應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)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(cuò)DC/DC雙向變換單元、自激軟啟動(dòng)推挽式全橋DC/DC雙向變換單元、三相諧振軟開關(guān)雙向逆變單元、單相全橋雙向逆變單元；可實(shí)現(xiàn)從各能源終端將分布式電源并網(wǎng)，能量轉(zhuǎn)換形式更加多樣化，從根本上實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)；多單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定其可提供多種電壓等級(jí)電能，滿足多種負(fù)載與儲(chǔ)能設(shè)備的需求。

本發(fā)明提出一種延遲可容忍網(wǎng)絡(luò)的星上路由器仿真方法，包括：1.結(jié)合 CCSDS 和 DTNRG 構(gòu)建星 上路由器模型，在 OPNET 中進(jìn)行可行性和有效性驗(yàn)證；2.基于 OPNET 的 SITL 接口實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)流和 真實(shí)數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換，驗(yàn)證網(wǎng)關(guān)處理能力；3.用 STK 得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲行请H和星地鏈路相關(guān)數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入仿 真軟件模擬星際網(wǎng)絡(luò)；4.對(duì)網(wǎng)絡(luò)損傷儀進(jìn)行延遲、誤碼率等相關(guān)設(shè)置，模擬空間鏈路。因此，本發(fā)明具 有如下優(yōu)點(diǎn)：整合現(xiàn)有空間通信協(xié)議體系提

一種小規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由方法，本發(fā)明屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由領(lǐng)域，解決傳統(tǒng)和聲搜索算法不能直接用于求解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的問(wèn)題。本發(fā)明包括傳遞全局信息步驟、發(fā)送數(shù)據(jù)包步驟、傳遞數(shù)據(jù)包步驟和更新剩余能量信息步驟。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有和聲搜索算法的編碼方式及候選和聲生成方法進(jìn)行改進(jìn)，既考慮路徑能耗也考慮路徑長(zhǎng)度，能有效平衡整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗，顯著延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

本發(fā)明提出了一種基于改進(jìn)和聲搜索算法的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，包括以下步驟：Step1、初始化算法相關(guān)參數(shù) HMS、HMCR、PAR 以及評(píng)價(jià)次數(shù) eval_Nomax；Step2、利用輪盤賭初始化和聲記憶庫(kù) HM；Step3、評(píng)價(jià)和聲庫(kù)中各和聲路徑的適應(yīng)度；Step4、設(shè)置 eval_No＝0；Step5、設(shè)置 i＝0；Step6、產(chǎn)生候選和聲；Step7、eval_No++，若 eval_No＜eval_Nomax，執(zhí)行 Step8；否則執(zhí)行 Step11；Step8、對(duì)和聲庫(kù)中的第 i 條和聲 Xi＝{s,x2,…xj,…,d},進(jìn)行鄰域搜索；Step9、eval_No++，若 eval_No＜eval_Nomax，執(zhí)行 Step10；否則執(zhí)行 Step11；Step10、i++，若 i＜HMS，執(zhí)行 Step6；否則執(zhí)行 Step5；Step11、記錄和聲記憶庫(kù)中的最優(yōu)和聲路徑。本發(fā)明的路由方法具有較高的能效，并且能夠有效地延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

本發(fā)明公開了一種基于和聲搜索算法的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路 由方法，包括:(1)全局信息的傳遞和匯聚，獲得全局信息，并將其傳 遞到匯聚節(jié)點(diǎn);(2)匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)全局信息對(duì)整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò) 分簇路由的優(yōu)化計(jì)算與配置;(3)普通傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)采集和處理應(yīng)用 信息，將其處理成數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)到簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合， 并向下一跳簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包;(4)下一跳簇頭節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后， 將自身剩余能量信息加入到數(shù)據(jù)包中，并按照數(shù)據(jù)包中的最優(yōu)路由， 繼續(xù)向下一跳簇頭節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。本發(fā)明的方法解決了無(wú)線傳

本發(fā)明涉及基于移動(dòng)協(xié)助的延遲容忍網(wǎng)絡(luò)路由方法。在網(wǎng)絡(luò)模型建立階段，本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置了緩沖區(qū)、緩存節(jié)點(diǎn)以及按照某種固定軌跡移動(dòng)的基站。普通的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，然后節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至位于緩沖區(qū)域內(nèi)固定設(shè)置的緩存節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)基站在緩沖區(qū)域內(nèi)按照特定的軌跡周期性地移動(dòng)，并在移動(dòng)的過(guò)程中收集緩存節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)基站的移動(dòng)軌跡時(shí)，通過(guò)均衡移動(dòng)基站軌跡內(nèi)的節(jié)點(diǎn)和軌跡外的節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至基站的傳輸延遲與能量消耗進(jìn)行設(shè)計(jì)。在數(shù)據(jù)路由階段，本發(fā)明在該網(wǎng)絡(luò)模型下的數(shù)據(jù)路由中，同時(shí)考慮了節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和節(jié)點(diǎn)的剩余能量。通過(guò)利用移動(dòng)協(xié)助的網(wǎng)絡(luò)模型以及合理的數(shù)據(jù)路由，有效的延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命和數(shù)據(jù)傳輸成功率。