空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究

摘 要：空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對航天監(jiān)測、定位導(dǎo)航、遠(yuǎn)洋航行等空間應(yīng)用的發(fā)展有非常重要的作用，它是實現(xiàn)全球互聯(lián)互通的關(guān)鍵手段。分析、研究了空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了空間互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中存在的問題，并結(jié)合當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)空間技術(shù)的發(fā)展情況預(yù)測了空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)；安全防護(hù)

中圖分類號：TN927+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.003

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展的今天，互聯(lián)網(wǎng)的使用規(guī)模逐漸擴(kuò)大，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在不斷更新，它已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域中。

1 空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是利用地面互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢有效整合空間中存在的信息資源，并以衛(wèi)星為物理傳輸媒介，遵循“高效利用，綜合集成”的原則，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與地面準(zhǔn)確連接的通信網(wǎng)絡(luò)。

2 空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 資源單一

空間互聯(lián)網(wǎng)具有不受地理環(huán)境約束的優(yōu)勢，其覆蓋能力超過了地面互聯(lián)網(wǎng)，便于實現(xiàn)全球化的網(wǎng)絡(luò)連接。但是，空間互聯(lián)網(wǎng)有很多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點僅由衛(wèi)星負(fù)擔(dān)運載，所以，導(dǎo)致空間互聯(lián)網(wǎng)一直在資源單一且受約束的條件下運行，它與地面節(jié)點和鏈路資源比較，得不到穩(wěn)定、有效的保障。在其運行過程中，隨著衛(wèi)星運行位置和運行規(guī)律的不斷變化，空間互聯(lián)網(wǎng)的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，出現(xiàn)了通信鏈路頻繁斷開、信息傳輸延誤、誤碼率增大等諸多問題，嚴(yán)重影響了通信傳輸質(zhì)量。因為空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)只能依靠空中設(shè)備運行，所以，大大降低了空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用性能和實際應(yīng)用性能。

2.2 發(fā)展能力差

要想有效利用空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就必須要有強(qiáng)大的計算機(jī)芯片，這與地面互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是相同的。因為空間資源有限，所以，在處理龐大信息量的過程中，必須要有超大的儲存量和強(qiáng)大的計算能力。但這樣會在滿足上述條件的情況下降低計算機(jī)芯片本身的運行能力。至此，在衛(wèi)星運動軌跡變化的情況下，空間互聯(lián)網(wǎng)本身的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，斷網(wǎng)情況逐漸增多。

由于空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還不是很完善，各國衛(wèi)星系統(tǒng)是各自獨立的，分別有自己的用戶群和管理部門，而這些機(jī)構(gòu)和部門自成體系、互不兼容，導(dǎo)致設(shè)備建設(shè)重復(fù)、資源共享度差、綜合應(yīng)用效力低下?？臻g互聯(lián)網(wǎng)對地面的信息傳輸需要經(jīng)過不同國家和機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)入，需要耗費大量的資金，投入更多的時間，從而降低了空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣使用率。

2.3 傳輸可靠性低

空間互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜，它包括基于空間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、空間節(jié)點與鏈路和節(jié)點間的相互關(guān)系，分層、接口、協(xié)議、數(shù)據(jù)流量等一系列的結(jié)構(gòu)。當(dāng)空間互聯(lián)網(wǎng)設(shè)施執(zhí)行動態(tài)接入操作時，其隨意性比較大，會對空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和穩(wěn)定性造成很大的影響。地表設(shè)置的地面網(wǎng)路通信設(shè)施與空間衛(wèi)星的距離非常遠(yuǎn)，傳輸時間也很久，所以，會降低空間互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.4 安全性弱

因為空間互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息的路徑比較遠(yuǎn)、地域跨度大、監(jiān)管難度大，所以，在傳輸信息的過程中，需要花費更多的時間，而且還容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、遭到竊聽、受到干擾和一系列的網(wǎng)絡(luò)攻擊，影響信息的傳輸安全。在網(wǎng)絡(luò)自由世界中，空間互聯(lián)網(wǎng)是不設(shè)防的，因此，急需提升對空間互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)管能力?，F(xiàn)有的空間網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)無法區(qū)別正常項目的使用和網(wǎng)絡(luò)攻擊、竊聽等惡意行為，這需要全世界共同努力。只有這樣，才能進(jìn)一步提高空間互聯(lián)網(wǎng)的安全性和可靠性。

3 空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 發(fā)展空間網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)

空間路由技術(shù)是空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。但是，由于空間環(huán)境具有特殊性和不隱蔽性，數(shù)據(jù)連接誤碼率高、數(shù)據(jù)延時性高、錯誤性高，限制了網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的發(fā)展。所以，提高信息處理能力是未來空間互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要方向。

空間互聯(lián)網(wǎng)的運行依賴于星載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，需要在特定的空間平臺里設(shè)計、研制相應(yīng)體積、質(zhì)量、功率的路由交換設(shè)施。空間互聯(lián)網(wǎng)路由器是空間網(wǎng)路的重要組成部分，是必不可少的物理基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。針對空間互聯(lián)網(wǎng)運行的高度自主性和節(jié)點間的適應(yīng)特性，要求空間路由器要滿足高動態(tài)條件下的高效路由特性，在軌衛(wèi)星跨波束高信息量的交換能力，在軌衛(wèi)星編譯、存儲、讀取、轉(zhuǎn)發(fā)能力，從而提高空間互聯(lián)網(wǎng)的信息處理能力和傳輸質(zhì)量。

3.2 發(fā)展網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)是空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的核心，它承擔(dān)著網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控、預(yù)測和警報、空間任務(wù)的分配和管理等任務(wù)。因此，要想充分利用空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，必須研發(fā)出高效的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)。

空間互聯(lián)網(wǎng)的體系構(gòu)架、組網(wǎng)協(xié)議和應(yīng)用模式管理是網(wǎng)絡(luò)管理的重點。建立以天基傳輸網(wǎng)為核心的空間互聯(lián)網(wǎng)體系，將衛(wèi)星、空間站、飛機(jī)、地面網(wǎng)絡(luò)和移動通信設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，并依靠地面站運行，由導(dǎo)航設(shè)施、地面控制中心為其提供支持。在相鄰的衛(wèi)星之間實行互聯(lián)，通過鏈路連接實現(xiàn)衛(wèi)星的中繼和轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)而建立分層、對等的子系統(tǒng)，實現(xiàn)靈活、可靠地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在空間互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議方面，鑒于通信數(shù)據(jù)的多樣性、節(jié)點之間的多跨度、接入方式的多種類，需要發(fā)展多跨度大空間的異構(gòu)鏈路信息綜合接入技術(shù)，針對無線鏈路接口進(jìn)行研究，以滿足空間互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和開發(fā)。應(yīng)用模式管理是指空間信息在正常狀態(tài)、緊急狀態(tài)和戰(zhàn)爭狀態(tài)下的不同管理辦法，確保關(guān)鍵信息傳輸?shù)臅惩ㄐ院桶踩?。由此可知，研究多用途、高效率、方便接入和管理的空間互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)勢在必行。

3.3 發(fā)展寬帶通信技術(shù)

空間互聯(lián)網(wǎng)面臨著通信效率低、寬帶兆率小、傳輸速度慢等問題，它們嚴(yán)重制約了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)功能的發(fā)揮。因此，在發(fā)展空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的同時，還要進(jìn)一步提升空間通信的效率和質(zhì)量，大力發(fā)展空間激光通信技術(shù)。因為其具有良好的抗干擾性和抗截獲性，所以，它將是空間通信未來重點發(fā)展的方向。

空間互聯(lián)網(wǎng)主要在星間、星地傳輸數(shù)據(jù)，而制約傳輸效率的因素主要包括傳輸距離、天線的性能、載波能力和軌道動態(tài)特性等。鑒于此，要加大對微波通信技術(shù)和激光通信技術(shù)的研究力度，解決太空極高頻通信技術(shù)抗衰減性和抗干擾性差的問題，提高太空天線的性能，保證接收信號的準(zhǔn)確性。空間激光通信是以激光為載波，在空間實現(xiàn)語音、圖像和數(shù)據(jù)等信息無線傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑晃⒉ㄍㄐ攀鞘褂貌ㄩL在0.001～1 m的電磁波進(jìn)行通信。另外，空間節(jié)點和鏈路呈動態(tài)變化且稀疏分布，導(dǎo)致多點到多點的信息傳輸容量隨網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臅r變、空變而發(fā)生變化，高動態(tài)時變網(wǎng)絡(luò)給傳統(tǒng)信息傳輸理論帶來了巨大的挑戰(zhàn)，使大時空跨度下實時端到端傳輸容量優(yōu)化的可靠性和穩(wěn)定性成為極大的難題。當(dāng)前需重點研究時變網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸理論、空間信息網(wǎng)絡(luò)資源感知與優(yōu)化調(diào)度、高動態(tài)時變網(wǎng)絡(luò)的智能協(xié)同方法等課題。

3.4 加強(qiáng)安全防護(hù)措施

在空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尚未成熟的今天，由空間向地面?zhèn)鬏數(shù)男畔O易被截獲，進(jìn)而出現(xiàn)信息被泄露的情況。所以，要加大對安全防護(hù)技術(shù)的研究力度，有效保證信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

空間互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性、異構(gòu)性、數(shù)據(jù)接口開放性都會影響其自身的安全，所以，制訂既能保證空間互聯(lián)網(wǎng)的適用性，又能保證空間互聯(lián)網(wǎng)的安全性的解決方案是目前研究的重點。構(gòu)建安全結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計安全路由、采取安全鏈路切換、進(jìn)行安全傳輸控制、深度秘鑰管理是加強(qiáng)空間互聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)的措施。針對當(dāng)前空間互聯(lián)網(wǎng)的安全威脅和安全需求設(shè)計相應(yīng)的安全保障體系框架是各國大力研發(fā)的方向。在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建多功能的需求性路由協(xié)議，采用相對適應(yīng)延時驗證機(jī)制縮短路由器的發(fā)現(xiàn)時間，可以提高傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。對于空間網(wǎng)絡(luò)移動性管理技術(shù)，要想確保它能夠安全切換，就要結(jié)合空間網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮匦?，采用預(yù)認(rèn)證方式保證安全模式下的數(shù)據(jù)流量傳遞工作能夠順利進(jìn)行。在空間網(wǎng)絡(luò)中空間隧道安全和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議安全的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)身份密碼制度的管理，對于信息的接收和采集工作，采取多身份接入簽密制度，分層分配權(quán)限并集中秘鑰管理。在管理過程中，要區(qū)分公鑰密碼管理和對稱秘鑰管理，全程管理不同秘鑰的生命周期。為了避免計算節(jié)點的開銷過大，還應(yīng)該采用多種TLS握手協(xié)議，以減少密碼計算和通信握手的時間。

4 結(jié)束語

目前，空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還存在許多不足，要想使該技術(shù)有進(jìn)一步的發(fā)展，就必須不斷革新技術(shù)，規(guī)范協(xié)議，優(yōu)化空間環(huán)境，做到真正意義上的全球互聯(lián)互通，使空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]李紀(jì)舟，路璐，郭利民.空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].通信技術(shù)，2015（01）：1-7.

[2]李宇原.空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢探討[J].通訊世界，2015（10）：14-15.

[3]李宇原.空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢探討[J].通訊世界，2015（10）：14-15.

作者簡介：賈衛(wèi)（1970—），男，山西太原人，?？?，工程師，主要從事信息工程研究方面的工作。

〔編輯：白潔〕