下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
1.天地一体化信息网络的技术特征
从组网、传输和路由等方面看，天地一体化信息网络具有典型的大时空尺度属性，是一个大时空尺度网络，具有以下几个鲜明特征。
（1）网络结构高度异构与动态复杂。天地一体化信息网络中的节点类型众多，在天、空、地、海运行的不同节点的功能、轨迹、接入或传输能力等差异显著，使网络成为高度异构、动态复杂的巨系统。
（2）传输延时大。天地一体化信息网络的延时受多种因素影响。骨干节点距离较远，链路的距离是影响信息传输延时的重要因素。此外，由于网络负载较大、传输业务量多，因此信息在节点的排队等候也会产生一定的延时。链路中丢包会造成数据重传，产生的延时也不可忽视。
（3）网络资源有限。对无线链路来说，带宽资源十分珍贵。一般空间节点的计算能力和存储能力有限，对组网过程中协议或算法的复杂度要求应尽可能低；同时，网络带宽资源差异性大，高带宽链路（星地、星间等）和窄带链路（星地、空地等）共存，需要有差异性地、有针对性地利用网络的带宽资源。
（4）支撑业务多样。在天地一体化信息网络中，传输的业务类型多样，不同类型的业务对服务质量（QoS）与传输效率的要求不同，网络需要有应对不同应用需求的保障能力。
（5）网络存在物理环路。天地一体化信息网络的结构复杂，接入随意性比较大，在网络节点密集的环境存在天然的物理环路。网络物理环路的危害很大，当进行网内信息广播时，有可能不断恶性循环产生广播，严重的会导致区域网络中断。
（6）通信链路易受干扰。空天通信网络属于无线通信，与有线通信相比，其通信链路容易受到来自外界的干扰。例如，宇宙射线、大气层的电磁信号等都会增加信号传输的误码率。
（7）网络建设扩展、补充。天地一体化信息网络对系统的可扩展性提出了更高的要求。天地一体化信息网络的建设是一个逐步完善的过程，中间需要不断地扩展、补充，如几大全球卫星导航系统的建立都是耗时二三十年才完成的。此外，各种新型的航天器、新型的用户、新型的业务需求都会不断出现。对于现有的成熟网络体系，天地一体化信息网络要有能力与其进行互联互通，有时甚至将其作为异构的通信子网接入，这就要求天地一体化信息网络有很强的可扩展性。
（8）异构网络互联互通。天地一体化信息网络的设计需要考虑其与多个系统兼容、与多种平台互通、与多种网络互联。天地一体化信息网络中繁多的节点类型需要实现多种不同网络的互联，空间网卫星运行的规律性与地面无线网和有线网不同，开放性的网络设计要求、网络节点的动态接入等带来了新的挑战。
（9）多元信息传输共享。天地一体化信息网络结构复杂，网内传输的信息呈现多元化，信息表示的多样性、信息数量的巨大性、信息关系的复杂性，以及要求信息处理的及时性、准确性和可靠性都是前所未有的。在空间信息网络中，针对多元化信息需要制定对应的信息传输标准，需要对不同的网络资源信息按照权限实现共享。
（10）面临蓄意攻击与破坏等安全威胁。天地一体化信息网络的无线传输特性、复杂的组网结构、软硬件设计和实现缺陷、节点的处理和存储能力有限、空间环境恶劣等特点，使得它更易受到敌方的窃听、假冒、信息重放、破坏和攻击，这些都是天地一体化信息网络的主要弱点。
（11）上天设备维修困难。任何飞行器一旦发射升空就难以检测维修。任何一个空间节点的失效不应影响整个网络的正常运行。
2.天地一体化信息网络的应用特征
从天地一体化信息网络的应用角度看，天地一体化信息网络具有以下鲜明的特征。
（1）泛在性：综合空、天、地多种网络，实现泛在覆盖和多重覆盖。
（2）机动性：能够依据任务要求对系统进行动态调整。
（3）协作性：空、天、地网络之间协同工作，融合为统一的一体化网络系统，系统各模块之间能够进行协同工作，实现对事件更快更好的处理。
（4）智能性：能够智能产生事件激励和任务，无论应对突发事件还是正常执行的任务，均能进行智能控制和处理。
（5）高效性：天地一体化信息网络综合信息系统对事件和任务具有快速反应能力与高效处理能力。
为建设天地一体化信息网络，必须对建网的一些关键技术进行深入研究。这些关键技术如下。
（1）组网结构设计。天地一体化信息网络是以人造地球卫星为核心，利用现代通信和网络技术，将位于地面和空间中的多种移动节点连接在一起的一种新型信息网络，具有网络尺度大、延时大、拓扑动态、节点间关系复杂及网络业务种类繁多等特点。这些特点使得天地一体化信息网络的组网结构设计不同于地面网络，需要针对星座特点及应用需求，开展面向天地一体化信息网络星座组网结构设计的研究。其重点是需要考虑面向卫星节点的星座设计和星间链路设计。
（2）网络协议技术。地面互联网技术已成为地面公用通信网的发展方向。其技术已向空间通信延伸，CCSDS（Consultative Committee for Space Data Systems，空间数据系统咨询委员会）空间通信协议和DTN（Delay Tolerant Networking，时延容忍网络）深空间通信协议中已融合了相关协议。其进一步的研究方向是使天地一体化信息网络的网络协议成为CCSDS空间通信协议、DTN深空间通信协议与地面互联网协议高度融合的空天地一体化协议。
（3）QoS路由技术。天地一体化信息网络以空间飞行器作为转发路由平台，可以大大提高网络传输效率，从而为用户提供具有一定QoS要求的应用业务。为了保障这类具有QoS要求的业务在网络中传输，需要设计和研制具有QoS保障能力的空间通信路由协议和算法。天地一体化信息网络中卫星节点的持续运动使得现有的网络路由技术难以直接用于卫星网络，需要建立专门针对天地一体化信息网络的新的动态路由协议体系。
（4）网络安全防护技术。天地一体化信息网络是一个庞大的系统。系统越庞大，接入越方便、越开放，也越容易被攻击。加之天地一体化信息网络的空间段及天地间通信链路暴露，其容易被攻击。因此，在系统建设时，必须重视保密与防护工作，研究安全方案和安全协议；必须采取安全抗毁措施，提高系统和网络的生存能力。
（5）网络管理技术。要使天地一体化信息网络这样一个高度复杂、动态和异构的网络能够高效、可靠地运行，必须对其进行有效的管理。其独有的网络特性使其不能依靠完全集中式或完全分布式的管理，也不能依靠标准的分层体系进行管理。需要建立一种新型的网络管理模型，实现网络的天地一体化、可靠和有效运行，并使网络具备一定的自主运行、网络重构和抗毁自愈能力。
（6）卫星光通信技术。卫星光通信具有通信带宽大，数据传输速率高，天线口径小，终端的功耗低、体积小、质量轻等显著优势；同时具有良好的抗干扰和抗截获性能，能显著提高通信系统的信息安全性。它是天地一体化信息网络星间传输链路的发展方向。低功耗、长寿命的高功率激光源技术，以及波束宽度极窄的光波束瞄准、捕获和跟踪技术等都是光通信传输的关键技术。
（7）星载处理和路由交换技术。星载处理和路由交换系统的任务是自主地实施信息获取、存储、处理及分发，它是天地一体化信息网络中骨干网组网卫星的关键组成部分。目前，地面网络中的IP/MPLS（多协议标签交换）交换技术及各种多用户接入技术已经很成熟，但卫星具有多波束天线收发、移动无线接入、星上处理资源受限及网络拓扑动态等特点，使得地面成熟的IP/MPLS交换技术和多用户接入技术无法有效应用于卫星网络。此外，天地一体化信息网络星地链路的时延大、误码率比地面高、数据传输有实时性要求，且星载设备必须满足一定的空间环境使用要求，这些因素加大了星载设备的研制难度。因此，星载处理和路由交换技术是空间通信网络的关键技术。