摘要

空地一体化网络(SAGIN)主要解决的是单一网络下的局限性问题,此综述文章从网络设计、资源分配、到性能的优化,对近几年SAGIN的总结。


引言

受限于网络容量和覆盖范围,仅依靠地面通信系统无法在地球上任何地方提供高数据速率和高可靠性的无线接入服务,尤其是在海洋和山区等环境恶劣的地区。

开发新的网络架构以适应在各种场景中具有不同服务质量 (QoS) 要求的各种服务和应用程序势在必行。

SAGIN 的特点:

  • 覆盖范围大
  • 高吞吐量
  • 灵活部署
  • 弹性强

等特点,空中段可以提高服务需求较高的覆盖地区的容量,对于地面端系统可支持高数据率接入,将它们进行整合为5G/6G带来更多的好处。

空天地网络是三个部分,每个网段采用不同的通信协议,所以有了木桶效应,即系统整体的能力由最小的那部分所限制。

限制包括流量分配、频谱分配、负载平衡、移动性管理、功率控制、路由调度、端到端(end-to-end,E2E)QoS要求等方面。

所以,考虑每个网段的各种网络资源限制,对于设计者来说,要实现end-to-end的最佳性能才是至关重要的

文章重点从协议优化、资源分配、性能分析、移动性管理、各网段间操作来进行分析。

由于SAGIN固有的异构性、自组织性和时间可变性,这将为SAGIN的网络设计和协议优化带来许多挑战。

具体来说,异构网络中的操作必须考虑协同控制和管理、协同数据传输、互连和交互通信。时变动态移动网络将影响传播信道建模、移动性管理、流量分布和路由机制。

空中网络:无人机、汽艇、气球等构成的高空平台或者低空平台。相比地面基站,部署方便,成本较低(待考证),对于突发事件地震洪水等自然灾害起到通讯备份作用。但是必须充分考虑其容量有限和链路不稳定的问题。

卫星信道的高误码率、带宽不对称、间歇性中断等因素会影响用户体验

地面基站: 1G->5G基站的演变,但是偏远地区和通讯基础设施不发达的地方覆盖范围很有限,同时抗风险能力比较低。

跨层设计考虑,太空、空中和地面网络中的各种节点进行传输。这些互连网络的任何变化,不仅会影响到物理层的信道,还会影响到高层的流量控制和路由决策,从而影响整个集成系统的时延、吞吐量和可靠性等性能

事实上,SAGIN 中的 LEO 卫星和 UAVs 的高机动性将无时无刻不在改变传播信道状态。为了实现更高的SE,基于不同信道条件的动态灵活频谱分配方案仍有待进一步研究。

切换管理

将正在进行的连接切换到其他的节点或者区域,由于卫星、高空平台载具、无人机、地面移动设备的高度移动性,切换会频繁的发生,因此管理各种的切换有重要的意义。

流量卸载

数据分流

D2D旨在使一定距离范围内的用户通信设备直接通信,以降低对服务基站的负荷,是一种新型的分流技术。

路由算法

对于无人机辅助的空地通信,适当的路由方案可以显著缩短通信距离,因此对高容量性能至关重要。在SAGIN中存在各种具有不同QoS要求的服务,有些服务对时间敏感,有些则对带宽要求很高。

如何根据这些业务的不同QoS要求和实际链路质量,将其流量分配到相应的地面或卫星或空地链路上是非常值得研究的。

性能优化

旋翼UA V中继系统中的发射功率、带宽、数据速率和UA V位置的联合优化问题,目标是最大化网络吞吐量。将这类非凸问题转化为单调优化问题,提出了多块算法

TCP/IP在空天地一体化中的弊端

在TCP/IP模型的传输层,TCP采用慢启动、拥塞避免、快速重传和恢复等方案来控制拥塞。这些方案基于网络拥塞导致数据包丢失的前提。在SAGIN中,尤其是在误码率相对较高的卫星通信系统中,TCP无法识别丢包是由误码率还是网络拥塞引起的,因此TCP传输性能恶化。此外,由于带宽延迟积较大,TCP的拥塞控制机制不允许充分利用卫星带宽[129]。此外,TCP将段丢失视为拥塞信号,从而迫使数据传输速率不必要地降低,并且拥塞窗口必须减半,这导致卫星链路利用不足。

SDN和NFV技术也被视为实现空间、空中和地面部分改进和更灵活集成的核心技术使能技术,通过先进的网络资源管理战略提供进一步的服务创新和业务灵活性。

D2D通信

D2D通信是LTE-A和5G网络中实现移动UE之间数据传输的一种非常灵活的通信技术。根据定义,它不需要利用eNB或核心网络,同时将数据业务从一个移动UE直接转发到空间上靠近的另一个移动UE。由于UE之间的通信距离较短,D2D通信可以广泛应用于点对点通信、机器对机器通信和组播通信。它被认为能够提高蜂窝网络中的系统容量、吞吐量、频谱效率、和EE

D2D通信在5G系统中的干扰管理、网络发现、网络编码、网络安全等具有挑战性的问题,人们做了大量的研究工作

各种策略

长传播延迟:当卫星卸载来自地面的流量的时候,其长延迟不可忽略,应该将对延迟不敏感的业务通过卫星来传播

链路选择:在SAGIN中,通常存在多个链路,包括地面链路、卫星链路和空地链路,它们具有不同的链路成本。因此,选择不同类型的链接将导致不同的使用成本。在做出流量卸载决策时,应考虑网络容量、拥塞引起的性能下降、排队延迟和链路成本等综合因素。为了解决这一问题,需要在资源提供和利用之间建立竞争和合作机制,并引入博弈论[186]和拍卖理论[187]。

安全和干扰决策

  • IP协议层的安全
  • 频繁的切换也给现有的IPSec协议带来了新的问题,如安全路由、移动IP、密钥管理和交换。
  • 链路安全,分流量加密
  • 抗干扰,基于博弈论的方法来研究卫星和无人机通信中的干扰攻击

总结

主要是大概了解空天地一体化在做什么,未来有哪些具有价值的研究领域和方向。

主要还是从流量和任务卸载、安全与干扰决策、路由算法等方面来进行后续的研究。

空地一体化网络综述_Space-Air-Ground Integrated Network: A Survey的更多相关文章

  1. 开源网络准入系统(open source Network Access Control system)

    开源网络准入系统(open source Network Access Control system) http://blog.csdn.net/achejq/article/details/5108 ...

  2. 龙六网络科技有限公司(Dragon six Network Technology Co., Ltd.)

    龙六网络科技有限公司(Dragon six Network Technology Co., Ltd.)

  3. 深入理解openstack网络架构(4)-----连接到public network

    原文地址: https://blogs.oracle.com/ronen/entry/diving_into_openstack_network_architecture3 译文转自:http://b ...

  4. windows下网络丢包模拟软件(Network Emulator for Windows Toolkit)

    最近公司有一个直播的测试项目,需要模拟各种网络环境下的直播状态,最后找到一款这样的软件(如果有遇到更好的软件,望和网友多多交流) 介绍一款windows下的网络模拟器,可以模拟各种丢包或延迟的网络(N ...

  5. 神经网络第三部分:网络Neural Networks, Part 3: The Network

    NEURAL NETWORKS, PART 3: THE NETWORK We have learned about individual neurons in the previous sectio ...

  6. VMWare 支持的网络连接类型 (VMWare Virtual Network Connection Types)

  7. 【DL论文精读笔记】Object Detection in 20 Y ears: A Survey目标检测综述

    目标检测20年综述(2019) 摘要 Abstract 该综述涵盖了400篇目标检测文章,时间跨度将近四分之一世纪.包括目标检测历史上的里程碑检测器.数据集.衡量指标.基本搭建模块.加速技术,最近的s ...

  8. 【DL论文精读笔记】Image Segmentation Using Deep Learning: A Survey 图像分割综述

    深度学习图像分割综述 Image Segmentation Using Deep Learning: A Survey 原文连接:https://arxiv.org/pdf/2001.05566.pd ...

  9. openstack网络(neutron)模式之GRE的基本原理

    neutron网络目的是为OpenStack云更灵活的划分网络,在多租户的环境下提供给每个租户独立的网络环境. neutron混合实施了第二层的VLAN和第三层的路由服务,它可为支持的网络提供防火墙, ...

  10. Golang网络库中socket阻塞调度源码剖析

    本文分析了Golang的socket文件描述符和goroutine阻塞调度的原理.代码中大部分是Go代码,小部分是汇编代码.完整理解本文需要Go语言知识,并且用Golang写过网络程序.更重要的是,需 ...

随机推荐

  1. 【技术积累】Linux中的命令行【理论篇】【一】

    7z命令 命令介绍 7z命令是Linux系统中的一个压缩和解压缩工具,它可以用来创建.压缩和解压缩7z格式的文件.7z是一种高压缩率的文件格式,通常比其他常见的压缩格式(如zip和gzip)具有更高的 ...

  2. QPushButton中常用的方法

    常用方法如下所示: setCheckable():设置按钮是否已经被选中,如果设置为True,则表示按钮将保持已点击和释放状态. toggl():在按钮之间进行切换 setIcon():设置按钮上的图 ...

  3. [etcd]简介与安装

    简介 etcd是一个采用Raft协议实现强一致性的分布式键值数据库,它提供了一种可靠的方式存储需要被分布式系统或机器集群访问的数据. 常见使用场景:服务注册与发现.键值对存储.消息发布和订阅.分布式锁 ...

  4. windows配置supervisor实现nginx自启

    前言 有些老项目的nginx部署在windows server上,而且服务器比较老旧,经常异常重启.鉴于个人并不熟悉windows server,因此配置supervisor自启nginx,实现win ...

  5. jmeter:json提取一个字段的多个值,用逗号分隔

    目的:将接口响应结果中的一个字段的所有值同时提取,作为参数传给下个接口 1. 格式化接口响应结果 获取下图中所有object里面的EMP_UID 2. json提取 JSON Path express ...

  6. JavaScript迭代协议

    JavaScript迭代协议解读 迭代协议分为可迭代协议和迭代器协议. 协议指约定俗成的一系列规则. 可迭代协议 可迭代协议规定了怎么样算是一个可迭代对象:可迭代对象或其原型链上必须有一个键为[Sym ...

  7. Java BigDecimal 分析

    1.使用理由: Double类和Float类可以对16位有效数字的数进行精确运算,但对于超过16位有效数字的数,会丢失精度.所以使用BigDecimal类来精确计算超过16位有效数字的数. 2.引入包 ...

  8. MacOS系统(M1/M2)安装AI绘画StableDiffusion保姆级教程

    安装完成后,推荐阅读这篇教程:AI绘画:Stable Diffusion 终极炼丹宝典:从入门到精通 实操环境: macOS 13 Arm64(建议12以上的系统使用) Apple M1 先来看几个样 ...

  9. 《SQL与数据库基础》12. SQL优化

    目录 SQL优化 数据插入 insert优化 大批量插入数据 主键优化 order by优化 group by优化 limit优化 count优化 count用法 update优化 本文以 MySQL ...

  10. VulnStack - ATT&CK红队评估实战(一) Writeup

    VulnStack - ATT&CK红队评估实战(一) Writeup VulnStack(一)环境搭建 项目地址 http://vulnstack.qiyuanxuetang.net/vul ...