基于天地融合网络的服务管理与智能交付技术.pdf
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1、智能与算法智能与算法智能与算法Aug.2023Journal of CAEIT2023年8 月Vol.18 No.8第8 期中国电子科学研院学doi:10.3969/j.issn.1673-5692.2023.08.007基于天地融服智能交付技术赵晶,黄照祥,陆洲,田原(中国电子科学研究院,北京100041)摘要:基于天地融合网络管理需求,深入分析现有天基、地面网络管理突出问题以及未来网络管理技术发展趋势。针对用户需求精确感知、应用服务精准交付等能力要求,突破服务情景感知与预测、网络资源统筹管理、服务优选与集成、服务智能交付技术,构建服务管理与智能交付平台,实现天地融合网络的高效运行。关键词:
2、融合网络;服务管理;智能交付中图分类号:TP393文献标志码:A文章编号:16 7 3-56 92(2 0 2 3)0 8-7 2 4-0 6Service Management and Intelligent Delivery in Space-groundIntegrated NetworkZHAO Jing,HUANG Zhao-xiang,LU Zhou,TIAN Yuan(China Academy of Electronics and Information Technology,Beijing 100041,China)Abstract:Based on space-ground
3、 integrated network management requirements,space-based,groundnetwork management problems and the future trends of network management technology are analyzed.Foraccurate perception requirements of user needs and accurate delivery requirements of application services,the service situation perception
4、and prediction,network resource management,service optimization andintegration,and intelligent service delivery technologies are broken through.And the service managementand intelligent delivery platform is constructed to realize efficient operation in space-ground integrated net-work.Key words:spac
5、e-ground integrated network;service management;intelligent delivery0引言以“互联网+”为代表的信息化应用井喷式蓬勃发展,加速推动信息网络技术持续创新并向全域空间拓展,陆、海、空、天多层次网络联合为各类用户提供泛在服务的格局正在形成1-2 ,但复杂异构的网络体系不仅带来扩展性、移动性、安全性、能源消耗等方面的突出问题,也使得网络管理面临巨大挑战。一方面,需要管理的网络实体和业务服务数量不断增加,管理对象进一步扩展到融入计算、存储等功能的非传统网络设备;另一方面,管理功能已不仅仅局收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 0修订日期:
6、2 0 2 3-0 7-0 5限于相对静态的网络监控,而是更加动态智能的资源调度,目标是提供更加有效的应用服务。未来融合网络是一个泛在、融合、高效、绿色的网络,正如ITU-TY.3001所描绘的具有业务意识、数据意识、环境意识、社会和经济意识能力,然而如此复杂异构的网系要实现上述目标,必然要将智能赋予网络。通过智能管理,可以实现更加灵活的资源调度,提高网络资源利用率,同时有助于改善网络节点能源消耗量;可以更加自主地感知网络状态和用户需求,更加自主地为应用调度、分配网络资源,更加智能地将服务交付给所需用户,提供更加便捷、友好的业务体验;通过智能管理,可使网络具备自主赵2023年第8 期725晶等
7、:基于天地融与智能交付技术网络的服务管理规划配置、自动故障诊断、自主决策执行的能力,显著简化网络管理操作,进一步大幅降低网络运营维护成本。应该说,智能管理将显著提升或改善网络高效性、服务可用性、业务体验友好性、运维管理自动化等能力,必然是未来网络的发展方向。1研究现状近年来,国内积极开展互联网、移动通信网、空间信息网等领域技术创新研究3-4,为开展天地融合网络管理技术研究奠定一定基础5,主要包括以下三方面内容一是天基网络管理技术研究与应用,加强传统卫星通信系统运维管理设施建设6 。以军事卫星通信系统为例,其管理控制经历了由设备监控、通信网络管理、星地一体化管控的历程,初步形成三级分布式的运控体
8、系架构,并建设了一批运控系统;在分析航天测控、航天任务管理、互联网网络管理体系的基础上,提出了一种适用于空间混合组网的管理体制7 ;针对星务管理、星座自主运行等管理需求,扩展了管理信息定义8 ;针对卫星网络的故障定位和诊断,提出了系统级的卫星网络故障定位和诊断算法9;针对天地异质异构网络资源统筹调度,提出了天地融合网络资源动态管理技术10 ;针对空间网络管理安全性,开展了空间综合信息网络的安全风险分析,提出了空间安全管理的概念和原型设计二是地面异构网络融合管理技术研究,国内科研院所重点针对异构无线网络资源管理技术开展了大量研究12 ,涉及移动通信网、无线局域网等不同体制无线网络,涵盖接人控制、
9、移动切换13、负载均衡、分组调度、功率控制、拥塞控制等范畴,提出了多种集中式、分布式、分级式联合无线资源管理机制和算法14三是天地融合网络管理体系架构技术研究。面向天地融合网络建设,从不同层次开展空间组网、高速传输、信息融合处理、网络管理等领域的技术集成和验证151随着网络空间的不断拓展,应用需求的持续增长,以及人工智能等新技术广泛应用,加速推动天地融合网络管理朝融合化、智能化方向发展16-17 。面向应用的异构网络融合管理能力,保障网络的高效运行、互补增强,利用现有的网络资源为陆、海、空、天各类用户提供普适泛在的高质量服务是网络管理的发展趋势18 ,传统的基于网元的管理模式已经不能满足新时期
10、管理需求,需要通过网络状态的准确感知和上层应用的预测分析19 实现用户服务质量的分级保障;通过应用服务情景感知与预测、服务智能选择和集成,实现服务的智能交付。2研究内容本文通过网络探针监测、行为日志分析、运行状态分析等技术手段获取网络当前状态;根据网络中注册的服务信息,建立包含服务质量的网络服务集合;从情景信息描述、感知与决策、控制与反馈等方式建立情景驱动的服务集成方法,并以动态适应用户任务需求、网络运行环境等变化为目标按照一定规则自主选择和控制服务,根据用户需求和网络状态为用户提供最佳的应用服务。2.1应用服务情景感知与预测分析技术情景感知是服务交付的前提。情景感知主要包含四个方面:一是网络
11、设备状态的感知,包括设备是否在线、设备健康状态、设备负载状况等信息;二是网络状态,包括网络通联关系、链路的速率、链路可靠性、网络吞吐量等信息;三是网络能提供的网络服务及相应的服务质量,包括语音通话、短消息、文件传输、视频服务等;四是网络用户状态,包括用户的分布、在网情况、用网情况、行为习惯等。应用服务的情景感知功能通过网络探针监测、行为日志分析、运行状态分析等技术手段,可以获取天地融合网络上应用服务交付相关的基础信息,即,网络通断、流量、故障、安全状况等网络态势信息以及时空位置、任务需求、用户行为等用户情景信息这些信息对服务集成的影响主要体现在五个方面:一是在用户提出服务需求时,系统基于准确的
12、网络信息状态和用户等级动态地为用户匹配相应的网络资源、选择优质的网络服务,为用户提供个性化的服务;二是当网络单元故障或网络发生毁坏时,触发管理系统启动抗毁接替、路由容错,通过系统的故障处置预案和协议的容错保障措施,在网络服务无感的情况下实现故障修复、网络信息无间断传输,以确保用户服务的连续性、可用性;三是当服务质量(Qual-ityof Service,Q o S)水平下降,难以满足原有应用需求时,基于情景感知对网络性能的实时监控、对网络服务的实时评估、对网络资源统筹调度,可以重新动态选择新的网络服务来保障用户需求,动态调整以适应网络变化;四是用户情景变化时,使网络重新捕2023年第8 期72
13、6中国电子学研完院学報获、分析需求,获得新的业务流程或数据、功能要求,添加、减少、替换网络服务或调整网络服务之间的关系,形成新的应用服务;五是在新用户需求提出时,系统不仅根据网络当前的性能状态和可用网络资源进行匹配判断,还要根据现有用户行为和网络态势信息预测应用服务发展趋势,通过前瞻性的预测为用户提供更优质的服务。情景感知与预测机制如图1所示。应用需求感知任务需求需求获取需求分解1用,时空信息定位授时行为日志需求模板集成规则转换1组合优化1交互行为行为记录偏好计算1规则转换组合引擎聚合分发网络系统网络监控故障分析网1接替服务络应用系统系统监控运行日志1应用服务服务监控质量评估网络态势感知图1服
14、务情景感知与预测分析情景感知功能对用户的感知不仅基于当前信息,还涵盖用户服务的具体需求、时空信息、用户交互行为,刻画用户网络行为轮廓,标注合法网络行为的特征属性,形成网络行为向量;同时从控制层面和数据层面等不同角度对网络的关键行为进行提取,从而将当前网络用户的行为活动和网络行为日志进行比较,提高行为特征分析的效率;通过网络行为日志的不断更新学习,对网络用户的行为进行准确的感知预测,对用户行为的变化有相应的预判,对网络运行的趋势进行评估,调整网络资源调度和网络服务匹配策略,以便为用户提供更优质的服务,避免了僵化的网络资源调度策略造成网络服务质量的抖动,如图2 所示。用户行为感知预测的同时,对网络
15、中应用服务质量的测量感知也很重要。通过高效运行的网络状态数据采集和服务质量监测,对用户服务使用情况实时监视、系统评价网络服务质量,当网络服务质量与服务等级规则比较确定网络是否满足服务需求,如果没有满足服务需求,则该次服务将被告警并进行处置,系统将重新评定涉及的网络服务的质量,预测用户服务质量是否能被满足。网络服务的监视、评价、处置、重新评定闭环为网络服务的升级优化提供保障,直到用户需求被满足,如图2所示。感知管理平台服务质量数据告警管理服务等级管理查询管理违规监测层告警器服务质量服务等级违规数据1规则引擎1比较规则QoS数据厂质量监测层测量数据时延可靠性通断率应用程序基础网络图2应用服务感知技
16、术原理2.2天地网络传输资源和服务资源统筹管理技术基于统一的资源管理和统筹思想,系统将实体的网络资源通过虚拟化进行统一的标识和管理。以卫星通信系统为例,虚拟资源管理包括虚拟卫星资源管理、虚拟波束资源管理、虚拟转发器资源管理、虚拟地球站资源管理、虚拟射频资源管理、虚拟基带资源管理、虚拟地面链路资源管务等。系统可以根据资源的不同类型、不同功能、不同性能进行分类存储,便于资源的统一调度系统实现虚拟资源和网络服务的统筹管理,并727赵晶等:基于天地融合网络的服务管理与智能交付技术2023年第8 期提供灵活的、快速的、动态的多种资源服务,为用户提供合理的统一的资源管理基础构架。资源的自主调度技术能够自主
17、地、动态快速地调整资源以满足应用的需求。系统可以动态地分配、回收和调度资源,自主地使资源升级或降级运行。所谓升级运行就是负载增大、服务质量下降时,系统可以为之增加资源或提高资源性能;降级运行就是负载降低、资源过剩提供时,系统回收资源或降低资源性能。资源的自主调度技术从资源的智能化的角度支持了按需服务。资源的统一管理将资源以集中和一致的方式进行管理或使用,屏蔽资源的物理异构性和地理异构性,它是由资源系统内部完成的。各个资源管理服务之间具有统一的管理接口,消除多种资源间的操作差异,提高系统集成度,从而减轻管理复杂度。资源的按需服务是指能够按需分配资源,能够动态、自主地提供资源服务,以满足应用对资源
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