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1、沈阳理工大学 硕士学位论文 空间移动网络智能代理的设计与实现 姓名：吕安杰 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用 指导教师：潘成胜 20090301 沈阳理工大学硕士学位论文 摘 要 随着航天、通信技术的发展，空间移动网成为未来空间技术与网络技术融合 发展的必然趋势。由于构成空间移动网络的空间节点移动性强，网络拓扑结构变 化频繁；节点之间需要协作完成一定任务；在同地面管理站失去联系时需进行一 些自主性操作，因此为了保证能够对空间移动网进行自主、高效的管理，需根据 空间移动网的特点对( 星上) 智能代理相关技术进行深入研究。 通过对智能代理相关技术的研究，建立了空间移动网智能代理的逻辑模型和 功
2、能模型，并采用基于时延的注册注销机制以及形成空间星簇的方法解决由于空 间移动网节点移动性强所造成的拓扑结构更新快的问题；根据智能代理应用于空 间移动网所涉及的管理对象，设计了空间移动网网络管理信息模型，满足了空间 移动网智能代理所涉及的管理对象，并且能够满足未来管理信息对象的扩展；为 了满足智能代理之间以及同管理站之间的通信或者相应的操作， 设计了符合ASN.1 的新的操作原语，用于智能代理在地面管理站的注册注销及卫星代理彼此之间实 现协作等操作。通过上述的设计，满足了空间移动网智能代理的自主性和协作性 的需求。 在本文的最后部分通过仿真系统对空间移动网智能代理的通信模块、应用服 务程序模块、
3、自主管理模块等功能模块进行了仿真，验证了本文设计的空间移动 网智能代理的功能。 关键词：空间移动网；智能代理；逻辑模型；功能模型；信息模型 沈阳理工大学硕士学位论文 Abstract As the development of space and communication technology, Space Mobile Networks (SMN) becomes the tendency which is the integration of space technology and network technology. The technology of intelligent ag
4、ent is studied according to the character of SMN, just because of the mobility of the nodes and the frequent change of the structure of topology; the collaboration of the nodes to accomplish some tasks; the autonomous operation when losing touch with management station, for autonomous and efficient
5、management of SMN. By studying the interrelated technology of intelligent agent, the logical model and functional model of the agent of SMN are established, adopting the mechanism of login and logout based on time- delay, the formation of space cluster are to solve the problem which are the mobility
6、 and the frequent change of topology; the management information model is designed according to the character of SMN; and the primitives are designed for login or logout, communication and collaboration. Finally, the autonomy of SMN management, and collaboration of network nodes are implemented. The
7、 communication module, the application of service module, self- management module and so on is simulated through the simulation system to implement the functions of agent of SMN in the paper. Key words: Space Mobile Network; Agent; Logical Model; Functional Model; Information Model 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声
8、明 本人郑重声明: 本论文的所有工作，是在导师的指导下， 由作者本 人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者（签字） ： 日 期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可以
9、将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 第 1 章 绪 论 - 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 研究背景 1.1.1 空间移动网 随着以信息技术为核心的科学技术的发展和应用，人类正在向信息社会全面 迈进，而航天技术的发展又使空间的战略地位日益提高，21 世纪国家对空间信息 的需求和依赖，可以与 19 世纪、20 世纪工业革命对电和石油的需求和依赖相比 拟，人类生活中的数据有 80和空间数据有关1，空间信息资源的重要性越来越 被人们
10、所认识，空间信息优势将成为国家强大的关键因素。根据我国航天事业发 展的实际情况，从维护国家安全、促进国民经济发展和加速国家信息产业建设的 高度出发，我国提出建立空间移动网络2(以下简称空间移动网)的设想。 空间移动网是未来航空航天技术与网络技术融合的必然发展趋势，对于充分 利用空间资源，实现网络覆盖的全球化和立体化具有重要的意义。目前包括美国、 俄罗斯在内的各航天军事强国， 都相继展开了以不同种类卫星组网35为核心的空 间网络技术的研究，以期在未来通过强有力的空间网络保障获得信息优势和决策 优势。作为世界上第五个掌握卫星研制和发射技术的国家，我国自从 1970 年 4 月发射了第一颗人造地球卫
11、星“ 东方红” 以来，迄今已发射了近百颗国产卫星、6 艘飞船、27 颗国外卫星，形成了东方红、尖兵、风云、北斗、实践卫星等不同的 应用卫星系列；同时我国是世界上第四个掌握一箭多星发射技术的国家，是第三 个掌握卫星回收技术和载人飞船技术的国家，到目前已经征服了低、中、高轨道 所有的卫星轨道，形成了小批量生产的能力，构筑了水平较高、功能配套的应用 卫星研制体系。2007 年 10 月 24 日 18 时 45 分“ 嫦娥一号” 月球探测卫星的成功发 射，标志着我国实施绕月探测工程迈出重要一步。所有这些成果都表明我国已跨 入世界航天强国的行列，为发展空间移动网提供了良好的技术支持。 所谓空间移动网，
12、是由诸如不同轨道上多种类型的卫星系统等空间飞行器按 沈阳理工大学硕士学位论文 - 2 - 照空间信息资源的最大有效综合利用原则，采用集中和分布式相结合方式，通过 互联互通和信息交换，在空间信息获取的基础上，融合陆、海、空基多种信息网 络，实现安全可靠、不间断、实时地获取、处理、提升、传输和分发多源信息， 并具有一定自主运行管理和网络重构能力的智能化综合信息网络。空间移动网是 一个复杂的网络，空间移动网络的复杂性不仅表现为网元节点的异构性、多元性 和动态性，还表现为网络承载任务的多样性，数据的实时性和控制的自主性，而 且要在受到攻击的条件下表现出鲁棒性、自愈性和抗毁性等特点。 和传统的地面网络相
13、比，空间移动网络具有以下特点： (1)网络结构复杂，规模庞大； (2)网元功能各异，资源受限； (3)网络中信息传输延迟大； (4)网络链路质量受环境影响严重； (5)动态变化的网络拓扑结构； (6)要求高生存性、可靠性和安全性4。 可以看出，空间移动网络与地面网络存在较大的差异，因此使用传统的网络 管理技术难以很好的实现对空间移动网的管理，并且在空间移动网发展到一定规 模的时候， 如何对网络进行行之有效的管理使其满足管理者及用户对网络有效性、 可靠性、开放性、自主性、智能性、综合性、安全性以及经济性的要求已经成为 空间网络管理研究的重要方向。 1.1.2 空间移动网的网络管理 在任何网络的建
14、设中，网络管理都是一个必需内容，是保证网络正常运行所 必不可少的。为了保证空间移动网络整体效能，就要对其进行有效的网络管理。 因此，网络管理系统在空间移动网络以及未来的空天攻防与信息对抗中有至关重 要的地位和作用。 空间移动网络的网络管理体系结构从逻辑组成上包含：中心管理站，各个分 管理站，被管卫星等。总体上呈层次结构，其动态性不仅表现在划分的管理域或 管理星簇将随网络的变化而改变，而且执行网管任务的管理者(簇首)也将发生更 新，从而满足空间移动网络的网管需求。以中心管理站作为顶级管理者，在由不 第 1 章 绪 论 - 3 - 同轨道上多种类型的卫星系统组成的动态天基部分，主要包括：星簇的簇首
15、和星 上代理；由地面控制网络和地面通信系统组成的地基部分，则由各个分管理站及 其代理组成。空间移动网络的网络管理结构如图 1.1 所示。 1.2 研究的目的及意义 目前，对空天飞行器的管理基本依靠地面控制中心，随着未来对空间信息获 取的需求大幅度增加，空间运行的飞行器数量必然会显著增加，所执行的空间任 务也越来越复杂6。传统以地面管理为核心的管理模式面临以下一系列挑战： 1系统获取并需要下传的信息数量大幅度增加，这对于整个系统的通信、协 调和地面运营支持带来了困难，若采用传统的运营模式，则需要部署的地面系统 过于庞大，费用更为高昂以致难以承受； 2部署地面的网络管理系统受到地域、气候条件、环境
16、因素等方面的限制； 3空间系统经常需要在很短的时间内对意外事件进行应急处理，而且某些任 务需要快速响应，卫星间的快速协调也需要实时地进行信息交互，但由于存在管 理覆盖和通信时延，即使在地面管理系统中采用具有自主性地管理工作模式，也 不足以从根本上解决问题。 因此一种行之有效的管理系统设计模式 自主管理模式 浮出水面，这 种管理模式的核心思想就是减少系统对管理人员的依赖，减少管理人员的对系统 的干预，赋予空间系统更多的自主性，具有一定的推理决策能力。当前的许多技 术(如人工智能、智能代理)可以支持自主管理模式成为现实。 智能代理是运行于动态环境中具有较高自制能力的实体。目前，由于对代理 图 1.1 空间移动网络的网络管理结 沈阳理工大学硕士学位论文 - 4 - 研究的侧重点不同，代理尚没有一个统一和权威的定义，但在有关代理的特性方 面，由 Wooldridge 等人提出的“弱定义”和“强定义”最经典并被广为接受，即 一个智能代理最基本的特性应包括：自治性、反应性、社会性、能动性、其行为 符合理
