● 文|航天恒星科技有限公司 梁銀川 魏民中國航天科技集團(tuán)公司 郭建寧

我國星際互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)一體化研究及發(fā)展建議

● 文|航天恒星科技有限公司 梁銀川 魏民中國航天科技集團(tuán)公司 郭建寧

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，是一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展以及航天任務(wù)的復(fù)雜性不斷提高，產(chǎn)生了將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展到空間、建立一體化的星際互聯(lián)網(wǎng)和地面物聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)烈需求。本文介紹了國內(nèi)外星際互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了我國建立一體化的星際互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求，梳理了我國星際互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所涉及的關(guān)鍵技術(shù)并論述了攻克這些關(guān)鍵技術(shù)的可行性，提出了針對(duì)軍民典型應(yīng)用的星際互聯(lián)網(wǎng)和地面物聯(lián)網(wǎng)的總體方案、星間互聯(lián)建議、天地通信類型和地面物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案，最后提出了發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：星際互聯(lián)網(wǎng) 地面物聯(lián)網(wǎng) 一體化應(yīng)用 發(fā)展建議

一、發(fā)展現(xiàn)狀

國外在星際互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究起步較早，關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展也相對(duì)較為成熟。美國自20世紀(jì)90年代起就開始研究星際互聯(lián)網(wǎng)概念，研究如何將地面互聯(lián)網(wǎng)延伸到空間。歐洲和日本在基礎(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展也較為突出，借助中繼衛(wèi)星和試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)展星間鏈路和星上交換技術(shù)，并在應(yīng)用領(lǐng)域提出了許多前沿性概念?？傮w來看，目前國外航天大國已經(jīng)在該領(lǐng)域擁有了領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，基本完成前期的技術(shù)儲(chǔ)備和原型驗(yàn)證工作，已通過科研攻關(guān)、技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證等手段測(cè)試、驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)了空間互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)能力。在應(yīng)用方面，國外星際互聯(lián)網(wǎng)在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用已初具規(guī)模，具備了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，應(yīng)用的領(lǐng)域和水平也正在不斷的深化。

國內(nèi)近幾年來航天發(fā)展迅速，天基資源不斷豐富。地面測(cè)控網(wǎng)逐漸建設(shè)完備，為星際互聯(lián)網(wǎng)的天地鏈路提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，隨著“天鏈一號(hào)”3顆衛(wèi)星的成功發(fā)射，我國也建立了較為完善的天基測(cè)控網(wǎng)，成為世界上為數(shù)不多的擁有數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的國家。這一切都為進(jìn)一步開展星際互聯(lián)研究和實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和設(shè)施基礎(chǔ)。在星間通信技術(shù)方面：首先，中繼衛(wèi)星提供了高碼速率的星間鏈路，但資源極為有限，我國目前正常服務(wù)仍為計(jì)劃驅(qū)動(dòng)模式，未來即使實(shí)現(xiàn)了需求接入服務(wù)，其星間鏈路仍然是緊缺資源。其次，目前國內(nèi)應(yīng)用的星間鏈路通信主要是中繼衛(wèi)星通信，應(yīng)用模式較為簡(jiǎn)單。還有，目前研制中的導(dǎo)航衛(wèi)星星座是國內(nèi)規(guī)模最大的星間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，但其功能仍局限于本任務(wù)范圍之內(nèi)。因此，一方面我國在星際互聯(lián)網(wǎng)星間通信技術(shù)等方面與國外還存在較大的差距，雖然在系統(tǒng)頂層論證、設(shè)計(jì)上開展了研究，但大多研究還停留在基礎(chǔ)理論研究上，缺乏試驗(yàn)驗(yàn)證；但與此同時(shí)，隨著我國天基資源不斷豐富，同時(shí)建立了較為完善的天基測(cè)控網(wǎng)，為開展進(jìn)一步的星際互聯(lián)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的設(shè)施基礎(chǔ)。并隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用的迅猛發(fā)展，具備了進(jìn)一步深化論證星際互聯(lián)和地面物聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用的條件。

二、應(yīng)用需求

我國已有和未來將要建成的衛(wèi)星系統(tǒng)包括導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)、通信衛(wèi)星系統(tǒng)（移動(dòng)通信衛(wèi)星和多媒體通信衛(wèi)星）、遙感衛(wèi)星系統(tǒng)（民用遙感衛(wèi)星系統(tǒng)和軍用遙感衛(wèi)星系統(tǒng)）等。如果通過采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種衛(wèi)星系統(tǒng)之間的互連互通，構(gòu)建星際互聯(lián)網(wǎng)，將使各種衛(wèi)星系統(tǒng)的效能實(shí)現(xiàn)本質(zhì)的提升。星際互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求主要體現(xiàn)在以下方面：

1．提升體系整體應(yīng)用能力

在軍事應(yīng)用方面，提升體系作戰(zhàn)能力已成為國防建設(shè)的核心任務(wù)。信息化條件下的戰(zhàn)爭(zhēng)樣式已不再是單件兵器、單一軍兵種、單方面作戰(zhàn)能力的比拼，而是體系整體作戰(zhàn)能力的對(duì)抗。在殺傷力、機(jī)動(dòng)力、防護(hù)力、信息力等戰(zhàn)爭(zhēng)要素中信息力的作用越來越重要，而天基信息系統(tǒng)是其重要的組成部分。為達(dá)到這一目的，天基信息系統(tǒng)必須改變目前情報(bào)偵察、指揮控制、通信網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)航定位、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息保障等部分獨(dú)立運(yùn)行、各自為戰(zhàn)的狀況，成為信息獲取、傳遞、處理、存儲(chǔ)、分發(fā)、應(yīng)用一體化的綜合電子信息系統(tǒng)的組成部分，發(fā)揮整體作戰(zhàn)能力粘合劑和倍增器的作用。

在民用應(yīng)用方面，整合通信、遙感、導(dǎo)航等各方面的能力和資源，提升正常情況下和極端情況下的航天應(yīng)用能力和效率。

2．建立可重復(fù)利用和綜合利用的航天基礎(chǔ)設(shè)施

航天應(yīng)用效益巨大，風(fēng)險(xiǎn)和投入也同樣巨大。隨著航天應(yīng)用向深度和廣度不斷擴(kuò)展，航天任務(wù)的數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，有必要建立可重復(fù)利用和綜合利用的航天基礎(chǔ)設(shè)施，以降低任務(wù)的成本和風(fēng)險(xiǎn)，提高反應(yīng)速度，獲取更大的效益。

星際互聯(lián)網(wǎng)是航天基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。

3．提升航天任務(wù)系統(tǒng)自身的能力

通過航天器之間、航天器與地面系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)連接和信息交換，使任務(wù)系統(tǒng)自身的能力實(shí)現(xiàn)本質(zhì)的提升。例如：下一代遙感衛(wèi)星的發(fā)展趨勢(shì)是縮短重訪周期、面向公共用戶、圖像直傳、用戶交互操作、高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)，其突出特點(diǎn)將體現(xiàn)在：①智能化—星載信息處理能力顯著加強(qiáng)；②系統(tǒng)性—多種不同衛(wèi)星組成系統(tǒng)；③面向用戶的設(shè)計(jì)理念—以用戶需求為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。任何單一的衛(wèi)星都難以完成如此復(fù)雜的任務(wù)，一種解決方案是由主星和成員星組成任務(wù)編組，通過網(wǎng)絡(luò)連接和信息交換實(shí)現(xiàn)任務(wù)編組的自主任務(wù)規(guī)劃和智能化運(yùn)行。

導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)通過星間鏈路實(shí)現(xiàn)不依賴于地面運(yùn)控系統(tǒng)的自主導(dǎo)航模式、境內(nèi)觀測(cè)條件下的全球星座精密定軌與時(shí)間同步、境內(nèi)控制條件下的全球星座星歷更新、上行注入通道備份和星座完好性監(jiān)測(cè)等功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的提升和擴(kuò)展。

4．提高面向服務(wù)用戶的服務(wù)質(zhì)量

通過航天器之間、航天器與地面系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)連接和信息交換，簡(jiǎn)化服務(wù)用戶的接入和訪問過程，使用戶有可能通過網(wǎng)絡(luò)直接訪問相關(guān)星載設(shè)備和裝置；增加用戶和空間任務(wù)設(shè)施的實(shí)時(shí)交互能力，使空間任務(wù)設(shè)施對(duì)于用戶更加易用、好用和靈活方便；改善任務(wù)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性，使星載數(shù)據(jù)產(chǎn)品向用戶更快地生產(chǎn)和分發(fā)。

三、總體方案

1．總體架構(gòu)

星際互聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用主要包括星間互聯(lián)、星地通信和地面物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用三部分，如圖1所示。

2．星間互聯(lián)

星間互聯(lián)是星際互聯(lián)網(wǎng)的空間段系統(tǒng)部分，空間段網(wǎng)絡(luò)包括空間骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)。骨干網(wǎng)是星際互聯(lián)網(wǎng)的核心基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)傳送用戶航天指令、注入數(shù)據(jù)、遙測(cè)信息及應(yīng)用數(shù)據(jù)等，它由靜止軌道和非靜止軌道多層通信衛(wèi)星（含中繼衛(wèi)星）星座組成。接入網(wǎng)指用于航天器和骨干網(wǎng)建立連接和信息交換的設(shè)備所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，在接入網(wǎng)端可以通過射頻設(shè)備建立到骨干網(wǎng)端的節(jié)點(diǎn)星的星間鏈路。

根據(jù)我國目前現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)以及基礎(chǔ)設(shè)施，我國星間互聯(lián)的建設(shè)可以分三步走。建設(shè)完成的星間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

第一步：建立地面演示驗(yàn)證系統(tǒng)，對(duì)星間互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議進(jìn)行仿真和驗(yàn)證。其組成包括骨干節(jié)點(diǎn)星模擬器、接入節(jié)點(diǎn)星模擬器、測(cè)試衛(wèi)星模擬器、空間鏈路模擬器等。

第二步：以北斗二號(hào)全球星座和中繼星為基礎(chǔ)，其他衛(wèi)星的數(shù)據(jù)可通過北斗二號(hào)全球星座的衛(wèi)星或中繼星進(jìn)行中轉(zhuǎn)，例如中轉(zhuǎn)至地面或者其他需要通信的衛(wèi)星。

第三步：建立骨干空間通信網(wǎng)絡(luò)，采用專用的節(jié)點(diǎn)星作為空間路由節(jié)點(diǎn)，用于連通空間的各種網(wǎng)絡(luò)，包括第二步建設(shè)中的北斗二號(hào)全球星座以及后續(xù)的其他衛(wèi)星星座。節(jié)點(diǎn)星的建立分為骨干節(jié)點(diǎn)星以及接入節(jié)點(diǎn)星，骨干節(jié)點(diǎn)星采用GEO通信衛(wèi)星以及中繼衛(wèi)星，接入節(jié)點(diǎn)星可采用LEO通信衛(wèi)星星座。在前期骨干節(jié)點(diǎn)星可采用Ka寬帶多媒體通信衛(wèi)星，后期在激光通信技術(shù)成熟后，可采用激光通信作為空間鏈路傳輸媒介。

網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)包括低軌衛(wèi)星星座網(wǎng)和高軌中繼衛(wèi)星網(wǎng)2層。前者由60～80顆衛(wèi)星星座組成，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，衛(wèi)星間建立LEO-LEO星間鏈路，據(jù)路由協(xié)議，可在網(wǎng)絡(luò)間選擇最佳傳輸路徑進(jìn)行接力棒式傳輸。后者由最少3顆衛(wèi)星組成，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，網(wǎng)絡(luò)為LEO通信網(wǎng)的輔助網(wǎng)絡(luò)，通過信息在LEO-GEO間的傳輸，實(shí)現(xiàn)高負(fù)載時(shí)為LEO通信網(wǎng)擴(kuò)容；網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星間建立GEO-GEO星間鏈路，依據(jù)路由協(xié)議，在中繼衛(wèi)星間進(jìn)行鏈?zhǔn)絺鬏敗?/p>

地面物聯(lián)網(wǎng)用戶終端也可與LEO、GEO衛(wèi)星通信終端建立星地通信鏈路，將地面信息接入衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，其承載平臺(tái)可包括：地基、車輛等地面系統(tǒng)。因此通過星地通信鏈路，可實(shí)現(xiàn)全球任意兩點(diǎn)間的高速實(shí)時(shí)通信。

3．天地通信

天地傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型主要包括圖像數(shù)據(jù)、語音數(shù)據(jù)和短報(bào)文信息以及航天測(cè)控?cái)?shù)據(jù)（遙測(cè)數(shù)據(jù)）三大類。天地通信鏈路可以通過如下幾種方式構(gòu)建：

直接利用現(xiàn)有的航天測(cè)控網(wǎng)將測(cè)控?cái)?shù)據(jù)下傳至用戶；

● 遙感衛(wèi)星、中繼衛(wèi)星地面固定接收站；

● 遙感衛(wèi)星移動(dòng)接收站；

● 通信衛(wèi)星關(guān)口站等；

● 用戶終端；

● 地面光學(xué)站。

4．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

目前在空間任務(wù)中研究和使用的協(xié)議主要分為三類：基于CCSDS 標(biāo)準(zhǔn)的空間通信協(xié)議，基于IP 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的空間IP協(xié)議以及基于DTN 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。CCSDS協(xié)議為國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，專為空間鏈路設(shè)計(jì)，體系比較完善，同時(shí)也支持地面IP協(xié)議在空間的拓展，已經(jīng)得到廣泛的采納和應(yīng)用；DTN協(xié)議主要解決深空環(huán)境中的間斷連接、長延時(shí)、非對(duì)稱的數(shù)據(jù)速率以及誤碼率等問題。

CCSDS設(shè)計(jì)了非常完整的協(xié)議體系可供使用，建議我國星間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可采用CCSDS的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)。

5．應(yīng)急救災(zāi)指揮系統(tǒng)

基于星際互聯(lián)網(wǎng)與地面物聯(lián)網(wǎng)一體化的應(yīng)急救災(zāi)系統(tǒng)，在地面物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用部分通過衛(wèi)星、WiFi、GSM、CDMA、3G等無線網(wǎng)絡(luò)并配合車載臺(tái)、PDA、 平板電腦、3G手機(jī)等可移動(dòng)無線終端形成一體化的物聯(lián)網(wǎng)部署系統(tǒng)，建立起一套統(tǒng)一指揮、反應(yīng)靈敏、協(xié)調(diào)有序、運(yùn)轉(zhuǎn)高效的政府應(yīng)急指揮平臺(tái)，可以為政府、金融、電力、交通、能源、水利、物流、石化、林業(yè)、港口、民航、軍隊(duì)、公安、應(yīng)急救災(zāi)等諸多行業(yè)用戶提供先進(jìn)的應(yīng)急指揮方案。

（1）星際互聯(lián)架構(gòu)

從圖3可知，整個(gè)系統(tǒng)的信息流程是空間衛(wèi)星平臺(tái)上的有效載荷將獲取的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，后者通過星際鏈路傳到通信衛(wèi)星的寬帶通道，或非靜止軌道的星座系統(tǒng)，或直接傳送到地面應(yīng)急救災(zāi)信息指揮中心，然后通過物聯(lián)網(wǎng)及便攜移動(dòng)終端接入災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行災(zāi)情信息的傳輸和開展救援。

圖3 基于星際互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)急救災(zāi)系統(tǒng)架構(gòu)圖

通過星際互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)指揮與控制、通信、遙感、導(dǎo)航、定位等功能一體化，使信息的獲取、傳遞、處理三大系統(tǒng)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，有機(jī)協(xié)同運(yùn)作。在緊急情況發(fā)生時(shí)實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)地獲取現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及關(guān)注目標(biāo)的動(dòng)態(tài)信息，進(jìn)行及時(shí)有效的行動(dòng)效果評(píng)估。從而可以更精確、風(fēng)險(xiǎn)更少、效率更高地運(yùn)用各方力量；在緊急救援時(shí)就能及時(shí)獲取應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)的各類信息資源，各方配合，統(tǒng)一指揮，

（2）地面物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

地面物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的思路是基于政府部門的IP專網(wǎng)部署三級(jí)指揮中心（省應(yīng)急指揮中心、市應(yīng)急指揮中心、移動(dòng)應(yīng)急指揮中心）。在此網(wǎng)絡(luò)中省政府應(yīng)急指揮中心、市政府應(yīng)急指揮中心、全市各級(jí)應(yīng)急部門之間已經(jīng)搭建好完善的政府專網(wǎng)，因此應(yīng)急平臺(tái)需完全基于政府專網(wǎng)部署，無需進(jìn)行復(fù)雜、重復(fù)的布線，且所有軟硬件設(shè)備均可安裝在政府專網(wǎng)覆蓋的任何地點(diǎn)，便于靈活擴(kuò)展。此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供豐富的PSTN/GSM/CDMA/3G等各種中繼接口連接各個(gè)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，便于指揮人員緊急調(diào)度各部門內(nèi)線分機(jī)、公網(wǎng)座機(jī)、手機(jī)、小靈通等公網(wǎng)通信終端，同時(shí)便于領(lǐng)導(dǎo)通過手機(jī)、家庭座機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)救援人員的遠(yuǎn)程指揮調(diào)度工作。

通過各級(jí)指揮中心的應(yīng)急平臺(tái)整合各級(jí)政府部門內(nèi)部的辦公通信系統(tǒng)、有線調(diào)度系統(tǒng)、集群對(duì)講系統(tǒng)、擴(kuò)音廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無線視頻采集系統(tǒng)、政府專用業(yè)務(wù)系統(tǒng)等系統(tǒng)，通過應(yīng)急指揮平臺(tái)實(shí)現(xiàn)不同通信系統(tǒng)的集中接入、統(tǒng)一調(diào)度、互通交互。

四、關(guān)鍵技術(shù)

星際互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)一體化發(fā)展涉及星間、星地以及地面物聯(lián)網(wǎng)等諸多關(guān)鍵技術(shù)。地面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相對(duì)較為成熟，因此，本文主要梳理星際互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所涉及的關(guān)鍵技術(shù)并論述攻克這些關(guān)鍵技術(shù)的可行性。總體而言，建立我國空間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)盡管部分技術(shù)例如激光通信、路由交換、網(wǎng)絡(luò)管理、安全防護(hù)技術(shù)等需要進(jìn)一步研究，但需要的各層協(xié)議以及技術(shù)都有著大量的技術(shù)儲(chǔ)備和基礎(chǔ)，在技術(shù)上具備可行性。

1．組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

星間互聯(lián)網(wǎng)是以通信衛(wèi)星為核心，利用現(xiàn)代通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將位于地面、空中和太空中的多種移動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接在一起的一種新型空間通信網(wǎng)絡(luò)，具有網(wǎng)絡(luò)尺度大、時(shí)延長、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)、節(jié)點(diǎn)間關(guān)系復(fù)雜以及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)種類繁多等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得星間互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于地面網(wǎng)絡(luò)，需要針對(duì)衛(wèi)星星座特點(diǎn)以及應(yīng)用需求，展開面向星間互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。其重點(diǎn)是需考慮面向衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的星座設(shè)計(jì)和星間鏈路設(shè)計(jì)。

國內(nèi)已進(jìn)行了星座網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)，國外在行星際因特網(wǎng)、銥星網(wǎng)絡(luò)、伽利略星座網(wǎng)絡(luò)等也有大量的設(shè)計(jì)可供借鑒。因此組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)具備非常好的基礎(chǔ)，后續(xù)需要針對(duì)我國星間互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并可通過仿真與驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)和完善。

2．星間鏈路技術(shù)

星間鏈路一般包括微波鏈路和激光鏈路。其中，微波鏈路已得到廣泛應(yīng)用。而激光鏈路相對(duì)于傳統(tǒng)微波通信具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，包括帶寬大數(shù)據(jù)傳輸速率高、天線尺寸小、抗干擾保密性好等。激光通信能夠以1%的微波天線面積獲得高10～100倍的數(shù)據(jù)傳輸，預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)數(shù)百Gbit/s的傳輸速率，完全滿足將來星間互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)的要求，是空間活動(dòng)必不可少的重要保障支撐技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)星際互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)，各國正在大力開展研究。

3．路由交換技術(shù)

星間互聯(lián)網(wǎng)中衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的持續(xù)運(yùn)動(dòng)使得現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)難以直接用于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，需要建立專門針對(duì)星間互聯(lián)網(wǎng)的新的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議體系。路由交換是星際互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ肋x擇，通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)路由選擇使系統(tǒng)能夠進(jìn)行星間/星地的寬帶通信、星間/星地不同區(qū)域間的快速切換、星上寬帶數(shù)據(jù)交換及在數(shù)據(jù)傳輸中的質(zhì)量服務(wù)保證（QoS）。為了保障這類具有QoS 要求的業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，需要設(shè)計(jì)和研制具有QoS保障能力的空天路由協(xié)議和算法。

目前，國內(nèi)對(duì)星間互聯(lián)網(wǎng)的路由算法作了大量的研究。按照路由的觸發(fā)方式，將路由協(xié)議分為三類：先驗(yàn)式路由、反應(yīng)式路由和混合式路由。先驗(yàn)式路由協(xié)議中的所有路由都是預(yù)先計(jì)算的，然后根據(jù)需要選用；反應(yīng)式路由協(xié)議只在需要時(shí)才按需計(jì)算路由；混合式路由協(xié)議是兩種方法的組合。按照路由的設(shè)計(jì)需求，將其分為兩類：QoS路由、安全路由。QoS路由主要考慮保證服務(wù)質(zhì)量問題，安全路由則更側(cè)重于保證路由消息的安全性和網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。這些路由協(xié)議可以作為后續(xù)我國星間互聯(lián)網(wǎng)路由協(xié)議的研究基礎(chǔ)，根據(jù)需求進(jìn)行選擇或適應(yīng)性改進(jìn)。

4．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)

星際互聯(lián)網(wǎng)空間段因?yàn)樽陨斫M成和運(yùn)行特點(diǎn)與地面段網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很大不同。因此，星際互聯(lián)網(wǎng)必定是一個(gè)由異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連組成的網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)好網(wǎng)絡(luò)管理模式和一個(gè)從物理層到應(yīng)用層都合適的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系并保障協(xié)議的效率和安全性，是需要突破的一項(xiàng)主要關(guān)鍵技術(shù)。

5．網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)

星間互聯(lián)網(wǎng)空間子網(wǎng)或節(jié)點(diǎn)與地面網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)相比，空間系統(tǒng)設(shè)備功能迥異、繁簡(jiǎn)不一，既可以是簡(jiǎn)單的傳感器，也可以是復(fù)雜的星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管通過地面的管理和控制可以實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)，但考慮到空間和天地間網(wǎng)絡(luò)中的長延遲特性和管理規(guī)模，從管理的靈活、高效上，衛(wèi)星本身需具有一定管理功能。在存在地基管理控制中心的前提下，如何有效實(shí)現(xiàn)星地管理一體化是網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理研究的難題。

目前，我國地面網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)已相對(duì)成熟，其管理的經(jīng)驗(yàn)可以作為星間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)管理的基礎(chǔ)。北斗二號(hào)全球星座將對(duì)星間網(wǎng)絡(luò)的管理作初步的探索，其應(yīng)用和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)也將為后續(xù)星間互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供借鑒。

6．安全防護(hù)技術(shù)

星際互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)。系統(tǒng)越龐大，接入越方便、越開放，就越容易被攻擊，加之星際互聯(lián)網(wǎng)的空間段及天地間通信鏈路的暴露特性容易被攻擊。因此，在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，必須重視安全保密與防護(hù)，必須研究和采取安全抗毀措施，研究安全方案和安全協(xié)議，提高系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的生存能力。特別是對(duì)于軍事應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，需有攻防手段。

為保證星際互聯(lián)網(wǎng)的安全，需要提供信息完整性業(yè)務(wù)、認(rèn)證業(yè)務(wù)、加密業(yè)務(wù)等信息安全機(jī)制。目前CCSDS在信息安全方面提供SCPS-SP協(xié)議，地面的IPsec安全協(xié)議也可以使用。后續(xù)可針對(duì)SCPS-SP以及IPsec的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步研究。

五、發(fā)展建議

由于地面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相對(duì)較為成熟，根據(jù)我國現(xiàn)有基礎(chǔ)以及總體方案，本文主要針對(duì)后續(xù)的星際互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)給出技術(shù)發(fā)展建議，其技術(shù)發(fā)展路線圖如圖4所示。

圖4 技術(shù)發(fā)展路線圖

在技術(shù)發(fā)展上，建議采用三步走的發(fā)展戰(zhàn)略。

（1）第一步完成仿真及驗(yàn)證系統(tǒng)建設(shè)，具備模擬各種空間情況的能力，并能對(duì)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

（2）第二步完成以北斗二號(hào)全球星座以及中繼星為核心的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，并通過相關(guān)預(yù)研課題，對(duì)系統(tǒng)建設(shè)中的五大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，包括安全防護(hù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、空間段網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)、路由交換技術(shù)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。

（3）第三步突破星間高速激光通信技術(shù)，完成骨干網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，并與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)連成一體，形成星際互聯(lián)網(wǎng)。

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