天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)設(shè)想

+ 吳曼青 吳巍 周彬 陸洲 張平 秦智超

?

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)設(shè)想

+ 吳曼青 吳巍 周彬 陸洲 張平 秦智超

摘 要：總體架構(gòu)是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的頂層設(shè)計(jì)，本文在綜合前期研究成果基礎(chǔ)上提出了天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的總體架構(gòu)設(shè)想，梳理了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，并就天網(wǎng)地網(wǎng)架構(gòu)、天地一體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、天地融合移動(dòng)接入、安全保密、運(yùn)維管控等方面展開(kāi)了重點(diǎn)論述。

關(guān)鍵詞：天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)；總體架構(gòu)；骨干網(wǎng)；接入網(wǎng)

1　引言

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)作為國(guó)家信息化重要基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)拓展國(guó)家利益、維護(hù)國(guó)家安全、保障國(guó)計(jì)民生、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義，是我國(guó)信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息全球覆蓋、寬帶傳輸、軍民融合、自由互聯(lián)的必由之路。

近年來(lái)，我國(guó)信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日新月異，取得了可喜的成績(jī)，互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信用戶數(shù)量處于世界領(lǐng)先地位。但是，我國(guó)天基信息網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)發(fā)展很不平衡，呈現(xiàn)“天弱地強(qiáng)”的特征。天基方面，我國(guó)已經(jīng)初步建成了通信中繼、導(dǎo)航定位、對(duì)地觀測(cè)等系統(tǒng)，但各衛(wèi)星系統(tǒng)獨(dú)自建設(shè)，條塊分割十分明顯，衛(wèi)星數(shù)量嚴(yán)重不足，衛(wèi)星類型比較單一，更為突出的是，衛(wèi)星沒(méi)有實(shí)現(xiàn)空間組網(wǎng)，無(wú)法發(fā)揮天基信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化綜合效能。在天地一體方面，目前天地網(wǎng)絡(luò)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)，尚未實(shí)現(xiàn)天地一體化的組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，無(wú)法形成天地一體的信息服務(wù)能力。

總體架構(gòu)是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的頂層設(shè)計(jì)，通過(guò)總體架構(gòu)研究，明確系統(tǒng)功能指標(biāo)，界定系統(tǒng)組成及功能子網(wǎng)的劃分，梳理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制，以指導(dǎo)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的有效融合。

2　相關(guān)工作

近年來(lái)，隨著空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是星間鏈路的出現(xiàn)，空間信息系統(tǒng)開(kāi)始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并朝著與地面網(wǎng)絡(luò)融合成天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)發(fā)展，為此世界各國(guó)都在積極開(kāi)展總體架構(gòu)研究，包括組網(wǎng)架構(gòu)、協(xié)議體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。

國(guó)外在天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)研究和系統(tǒng)建設(shè)方面具有領(lǐng)先地位，既建成了銥星、AEHF等空間組網(wǎng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，提出了行星際網(wǎng)絡(luò)（IPN）、轉(zhuǎn)型通信衛(wèi)星系統(tǒng)（TSAT）等天地一體化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想，而且開(kāi)展了一系列的空間技術(shù)試驗(yàn)，包括太空路由器（IRIS）等[1-4]。

2006年，沈榮駿院士首先提出了我國(guó)天地一體化航天互聯(lián)網(wǎng)的概念及總體構(gòu)想[5]。2007年、2012年，中國(guó)宇航學(xué)會(huì)飛行器測(cè)控專業(yè)委員會(huì)先后兩次召開(kāi)學(xué)術(shù)年會(huì)，對(duì)航天互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了專題研討。2013年9月，國(guó)內(nèi)首次召開(kāi)了天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的高峰論壇，取得了豐富的成果。2015年，張乃通院士發(fā)表了《對(duì)建設(shè)我國(guó)“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”的思考》[6]，對(duì)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的定位、邊界作了清晰的說(shuō)明，并提出了網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)的設(shè)想和對(duì)建設(shè)工作的建議。

3　總體架構(gòu)設(shè)想

3.1系統(tǒng)組成及功能指標(biāo)

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是以地面網(wǎng)絡(luò)為依托、天基網(wǎng)絡(luò)為拓展，采用統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)、統(tǒng)一的技術(shù)體制、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，由天基信息網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)互聯(lián)互通而成。如下圖所示，天基信息網(wǎng)包括天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)、地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)三部分。

天基骨干網(wǎng)由布設(shè)在地球同步軌道的若干骨干節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)而成，骨干節(jié)點(diǎn)具備寬帶接入、數(shù)據(jù)中繼、路由交換、信息存儲(chǔ)、處理融合等功能，受衛(wèi)星平臺(tái)能力的限制，單顆衛(wèi)星無(wú)法完成上述全部功能，擬采用多顆衛(wèi)星組成星簇的方式實(shí)現(xiàn)多功能綜合。一個(gè)天基骨干節(jié)點(diǎn)由數(shù)顆搭載不同功能模塊化載荷的衛(wèi)星組成，包括中繼、骨干、寬帶、存儲(chǔ)、計(jì)算等功能模塊化衛(wèi)星，不同衛(wèi)星之間通過(guò)近距離無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)和信息交互，協(xié)同工作完成天基骨干節(jié)點(diǎn)的功能。

天基接入網(wǎng)由布設(shè)在高軌或低軌的若干接入節(jié)點(diǎn)所組成，滿足陸、海、空、天多層次海量用戶的各種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)需求，包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、寬帶多媒體等業(yè)務(wù)。

地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)由多個(gè)地面互連的地基骨干節(jié)點(diǎn)組成，地基骨干節(jié)點(diǎn)由信關(guān)站、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理、信息處理、信息存儲(chǔ)及應(yīng)用服務(wù)等功能部分組成，主要完成網(wǎng)絡(luò)控制、資源管理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、信息處理、融合共享等功能，通過(guò)地面高速骨干網(wǎng)絡(luò)完成組網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)與其它地面系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

系統(tǒng)需具備開(kāi)展寬帶接入、移動(dòng)接入、骨干互連、中繼傳輸及天基測(cè)控等功能，主要指標(biāo)如下：

圖1　天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成示意圖

圖2　天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系組成

·寬帶接入：10-100Mbps；

·移動(dòng)接入：100kbps-10Mbps；

·骨干互連和中繼傳輸：微波：600Mbps-1.2Gbps，激光：5-10Gbps，

·天基測(cè)控：1kbps-1Mbps。

3.2技術(shù)體系梳理

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)涉及的技術(shù)體系包括技術(shù)體制、網(wǎng)系設(shè)施、演示驗(yàn)證和應(yīng)用示范等四大類，具體分解如圖2所示。

（1）技術(shù)體制類

·網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究

從網(wǎng)絡(luò)功能的角度，開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究，包括系統(tǒng)組成、功能劃分、接口設(shè)計(jì)等；

·功能指標(biāo)研究

開(kāi)展天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)功能指標(biāo)體系的研究，包括覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、接入速率、用戶規(guī)模等；

·星座及組網(wǎng)方案研究

面向網(wǎng)絡(luò)覆蓋和服務(wù)能力的要求，開(kāi)展高軌、低軌星座以及整個(gè)空間網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)；

·頻率軌位設(shè)計(jì)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求，開(kāi)展頻率軌位的設(shè)計(jì)，包括空間頻率軌位的協(xié)調(diào)以及天地?zé)o線頻譜資源協(xié)同等；

·傳輸體制設(shè)計(jì)

開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)傳輸體制的設(shè)計(jì)，包括星間/星地骨干傳輸、高軌和低軌星座的接入方式、空間網(wǎng)絡(luò)和地面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入的統(tǒng)一規(guī)范接口等；

·路由交換技術(shù)研究

開(kāi)展分組/電路多粒度交換、微波/激光混合交換、空間動(dòng)態(tài)路由、天地協(xié)同路由等技術(shù)研究；

·業(yè)務(wù)服務(wù)體制設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)服務(wù)能力的角度，開(kāi)展天地一體業(yè)務(wù)融合、軍民融合、按需定制、區(qū)分服務(wù)等技術(shù)研究；

·安全防護(hù)體系研究

從通信、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用三個(gè)層面，開(kāi)展天地一體化網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)體系研究，包括用戶行為管控技術(shù)、多級(jí)別容侵防御體系、跨域安全切換技術(shù)等；

·運(yùn)維管控體制設(shè)計(jì)

開(kāi)展天地一體化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、維護(hù)、管理、控制等體系的設(shè)計(jì)，確保網(wǎng)絡(luò)高效、可靠運(yùn)行；

（2）網(wǎng)系設(shè)施類

·天基骨干網(wǎng)設(shè)計(jì)

開(kāi)展天基骨干網(wǎng)的設(shè)計(jì)，包括高速星間/星地傳輸、激光/微波混合組網(wǎng)、天基信息港等，確定功能指標(biāo)體系，明確骨干傳輸和直接用戶的關(guān)系，設(shè)計(jì)分步可行的演進(jìn)路線；

·天基接入網(wǎng)設(shè)計(jì)

開(kāi)展天基接入網(wǎng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)功能、網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系、多功能載荷等，確定功能指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)分步可行的演進(jìn)路線；

·地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)設(shè)計(jì)

開(kāi)展地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)的設(shè)計(jì)，包括天地網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、一體化融合、網(wǎng)絡(luò)控制、地面信息港等，確定功能指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)分步可行的演進(jìn)路線；

·用戶終端設(shè)計(jì)

開(kāi)展星載、機(jī)載、車載、艦載、手持等多類型用戶終端設(shè)計(jì)和指標(biāo)研究，形成系列化終端型譜；

·天基信息港

開(kāi)展天基信息港設(shè)計(jì)，包括星簇組網(wǎng)、空間分布式計(jì)算、空間云存儲(chǔ)等；

·地面信息港

開(kāi)展地面信息港設(shè)計(jì)，包括柵格化地面設(shè)施、信息應(yīng)用服務(wù)中心等；

（3）演示驗(yàn)證類

·演示驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)

面向試驗(yàn)任務(wù)需求，借鑒地面網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，梳理試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)流程，開(kāi)展天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)演示驗(yàn)證系統(tǒng)及演示方案設(shè)計(jì)；

·試驗(yàn)測(cè)試評(píng)估技術(shù)研究

研究適用于試驗(yàn)任務(wù)要求的試驗(yàn)系統(tǒng)效能評(píng)估方法，建立統(tǒng)一的評(píng)估指標(biāo)體系，依據(jù)評(píng)估指標(biāo)準(zhǔn)確地評(píng)估系統(tǒng)完成相應(yīng)任務(wù)的能力，提供可按任務(wù)定制的試驗(yàn)評(píng)估結(jié)果；

（4）應(yīng)用服務(wù)類

·功能示范

開(kāi)展空間組網(wǎng)、天地一體業(yè)務(wù)融合、軍民融合、新概念網(wǎng)絡(luò)等功能示范研究；

·應(yīng)用示范

開(kāi)展戰(zhàn)略安全防護(hù)通信、全球移動(dòng)寬帶服務(wù)、熱點(diǎn)區(qū)域信息增強(qiáng)、戰(zhàn)場(chǎng)聯(lián)合信息支援、防災(zāi)減災(zāi)信息服務(wù)、反恐維穩(wěn)信息支持、航空管理信息服務(wù)、海洋管理信息服務(wù)、信息普惠共享服務(wù)等典型應(yīng)用示范研究。

4　關(guān)鍵技術(shù)

由于天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)涉及的技術(shù)很廣，本文圍繞天網(wǎng)地網(wǎng)架構(gòu)、天地一體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、天地融合移動(dòng)接入和天基信息港等關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)重點(diǎn)論述。

4.1天網(wǎng)地網(wǎng)架構(gòu)

經(jīng)過(guò)調(diào)研分析，我們可以將天地一體化網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)歸為三大類：天星地網(wǎng)、天基網(wǎng)絡(luò)、天網(wǎng)地網(wǎng)，不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的比較如表1所示。

1）天星地網(wǎng)

天星地網(wǎng)是目前普遍采用的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括Inmarsat、Intelsat、WGS等系統(tǒng)，其特點(diǎn)是天上衛(wèi)星之間不組網(wǎng)，而是通過(guò)全球分布的地面站實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的全球服務(wù)能力。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中衛(wèi)星只是透明轉(zhuǎn)發(fā)通道，大部分的處理在地面完成，所以星上設(shè)備比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)復(fù)雜度低，升級(jí)維護(hù)也比較方便。

2）天基網(wǎng)絡(luò)

天基網(wǎng)絡(luò)是另一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，典型的系統(tǒng)有Iridium、AEHF等，其特點(diǎn)是采用星間組網(wǎng)的方式構(gòu)成獨(dú)立的天基網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)系統(tǒng)可以不依賴地面網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立運(yùn)行。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)弱化了對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)的要求，把處理、交換、網(wǎng)絡(luò)控制等功能都放在星上完成，提高了系統(tǒng)的抗毀能力，但由此也造成了星上設(shè)備的復(fù)雜化，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)的成本較高。通過(guò)調(diào)研分析，我們發(fā)現(xiàn)這種單純的天基網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從商業(yè)上來(lái)說(shuō)并不算成功，主要是基于軍事上對(duì)網(wǎng)絡(luò)極端抗毀性的需求。

3）天網(wǎng)地網(wǎng)

天網(wǎng)地網(wǎng)介于上述兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間，以TSAT計(jì)劃為典型，其特點(diǎn)是天基和地面兩張網(wǎng)絡(luò)相互配合共同構(gòu)成天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，天基網(wǎng)絡(luò)利用其高遠(yuǎn)廣的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，地面網(wǎng)絡(luò)可以不用全球布站，但可以把大部分的網(wǎng)絡(luò)管理和控制功能在地面完成，簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜度。

綜合考慮之后，我們認(rèn)為天網(wǎng)地網(wǎng)是適合我國(guó)國(guó)情的天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在該“天網(wǎng)地網(wǎng)”架構(gòu)中，空間網(wǎng)絡(luò)既可作為獨(dú)立系統(tǒng)存在，直接面向用戶提供服務(wù)保障，也可作為地面網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充和增強(qiáng)，以彌補(bǔ)地面網(wǎng)絡(luò)在覆蓋范圍、抗毀應(yīng)急保障及機(jī)動(dòng)保障能力上的不足。

4.2天地一體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)包括空間網(wǎng)絡(luò)、地面互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系有TCP/IP、CCSDS 和DTN等，不同協(xié)議體系的差別如表2所示。其中地面網(wǎng)絡(luò)普遍采用TCP/IP協(xié)議體系，而空間網(wǎng)絡(luò)由于其特殊性采用CCSDS和DTN等協(xié)議。

鑒于TCP/IP協(xié)議體系的廣泛應(yīng)用，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)擬采用以TCP/IP為基礎(chǔ)、綜合CCSDS和DTN的協(xié)議體系，圖3是一種TCP/IP、CCSDS和DTN相結(jié)合的協(xié)議體系建議示例。在地面網(wǎng)絡(luò)傳輸部分和系統(tǒng)內(nèi)部（如海洋用戶的網(wǎng)關(guān)設(shè)備和終端設(shè)備），使用成熟TCP/IP協(xié)議棧，并通過(guò)IP技術(shù)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合；CCSDS的AOS等數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議專為空間鏈路設(shè)計(jì)、經(jīng)過(guò)多次航天任務(wù)考驗(yàn)，因此采用該技術(shù)進(jìn)行空間網(wǎng)絡(luò)單跳數(shù)據(jù)傳輸，并通過(guò)IP over CCSDS技術(shù)提供對(duì)IP的支持；低軌衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)態(tài)性強(qiáng)，低軌衛(wèi)星之間以及低軌衛(wèi)星和地面站之間的傳輸鏈路具有高動(dòng)態(tài)斷續(xù)特性，因此引入DTN技術(shù)。

表2　現(xiàn)有主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系比較

圖3　天地一體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系示例

4.3天地融合移動(dòng)接入

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)包含多種接入方式，包括固定接入和移動(dòng)接入，其中移動(dòng)接入又可分為衛(wèi)星接入和地面移動(dòng)基站接入。衛(wèi)星接入具有廣域覆蓋的優(yōu)勢(shì)，適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)以及海上和空中用戶的接入，地面移動(dòng)基站在人口密集地區(qū)和室內(nèi)等具有優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)不同無(wú)線接入方式的天地融合將是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的重要特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

如圖4所示，采用類似SkyTerra系統(tǒng)的輔助地面組件（Ancillary Terrestrial Component，ATC）技術(shù)[7]，實(shí)現(xiàn)天地融合的無(wú)線接入。整個(gè)衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：空間網(wǎng)絡(luò)（Space Based Network，SBN）和輔助地面網(wǎng)絡(luò)（Ancillary Terrestrial Network，ATN）。SBN由衛(wèi)星和衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)站構(gòu)成，衛(wèi)星具有非常強(qiáng)的多點(diǎn)波束能力，系統(tǒng)可采用多顆衛(wèi)星分集接收/發(fā)送來(lái)增強(qiáng)鏈路能力，從而提高鏈路余量，增大可用度。ATN由各種協(xié)議的ATC基站構(gòu)成，各ATC基站在網(wǎng)絡(luò)控制中心控制下為室內(nèi)或高樓林立處的手機(jī)提供通信服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)控制中心要同時(shí)對(duì)SBN和ATN進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制，而終端在系統(tǒng)的控制下自動(dòng)地在ATN和SBN之間進(jìn)行無(wú)縫切換，對(duì)于最終用戶來(lái)說(shuō)并不會(huì)覺(jué)察到是正在通過(guò)ATC基站還是衛(wèi)星進(jìn)行通信。

ATC技術(shù)主要有以下三大特點(diǎn)：一是衛(wèi)星和ATC基站復(fù)用同一頻段，使用幾乎相同的空中接口信號(hào)格式，無(wú)需雙模終端；二是終端的天線、體積和軟硬件水平保持和現(xiàn)有的地面網(wǎng)終端相當(dāng)，即使終端和衛(wèi)星進(jìn)行通信也無(wú)需專用外置天線；三是衛(wèi)星并不限制空中接口信號(hào)形式，地面的3G、4G/5G等移動(dòng)通信空中接口可以通過(guò)衛(wèi)星鏈路運(yùn)行，衛(wèi)星不會(huì)在地面技術(shù)的快速發(fā)展中很快失去作用。

圖4　天地融合移動(dòng)接入示意

ATC技術(shù)的一個(gè)重要特性就是“透明”(Transparency)，“透明”的含義是：終用戶來(lái)說(shuō)，并不會(huì)覺(jué)察是正在使用ATN還是衛(wèi)星通信，用戶只是使用一個(gè)無(wú)需外置天線的手即可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的通信。之所以ATC可以擁有透明特性，主要有以下兩方面原因：一是衛(wèi)星能力的提高可以使地面網(wǎng)級(jí)別的終端直接和衛(wèi)星通信；二是衛(wèi)星鏈路上運(yùn)行的空中接口協(xié)議和地面現(xiàn)有的空中接口協(xié)議幾乎完全相同。

4.4安全保密

針對(duì)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)面臨的安全威脅，從通信、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用三個(gè)層面，研究天地一體化網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)、安全策略，服務(wù)于天地一體化網(wǎng)絡(luò)重大工程建設(shè)，包括網(wǎng)絡(luò)與通信傳輸安全、區(qū)域邊界安全、應(yīng)用環(huán)境安全、統(tǒng)一密碼管理中心和統(tǒng)一安全管理中心。

·網(wǎng)絡(luò)與通信傳輸安全：實(shí)現(xiàn)天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)與地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)內(nèi)部以及兩兩之間的互聯(lián)安全，確保通信的機(jī)密性、完整性和可用性。

·應(yīng)用區(qū)域邊界安全：通過(guò)部署邊界保護(hù)措施控制對(duì)天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)以及地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)的訪問(wèn)，保證空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全。

·應(yīng)用環(huán)境安全：通過(guò)采取身份認(rèn)證、訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)加密等安全機(jī)制，實(shí)現(xiàn)空間段設(shè)備、地面段設(shè)備、用戶段設(shè)備，以及其中運(yùn)行的各種指揮控制系統(tǒng)軟件、管理軟件、應(yīng)用軟件和安全防護(hù)軟件等應(yīng)用環(huán)境的安全。

·統(tǒng)一安全管理中心：提供天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)與地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)內(nèi)中節(jié)點(diǎn)和子網(wǎng)的接入認(rèn)證、授權(quán)、訪問(wèn)控制策略等服務(wù)。

·統(tǒng)一密碼管理中心：提供互聯(lián)互通的密鑰配置、公鑰證書(shū)和對(duì)稱密碼管理，為空間網(wǎng)絡(luò)的骨干節(jié)點(diǎn)和各級(jí)用戶提供安全機(jī)制所需的密鑰的全生命周期管理。

圖5　天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管控體系

4.5運(yùn)維管控

采用控制平面與業(yè)務(wù)平面分離的技術(shù)體制，通過(guò)分類分級(jí)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維管控，主要包括天基骨干管控中心、天基接入管控中心、天地一體管控中心、地基骨干管控中心、地面網(wǎng)絡(luò)管控中心等，如圖5所示。

總體上考慮，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管控體系按照“地面整合、天基增強(qiáng)、天網(wǎng)地網(wǎng)、天地互聯(lián)”的分層分布式管理體系來(lái)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)建設(shè)分為地面設(shè)施和空間設(shè)施兩部分。地面設(shè)施是運(yùn)維管控體系功能主體所在，在傳統(tǒng)的測(cè)控、運(yùn)控管理等基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，體現(xiàn)一體化、網(wǎng)絡(luò)化管理特征；地面設(shè)施立足本土，考慮境外布站?？臻g設(shè)施是地面設(shè)施的天基延伸和重要補(bǔ)充，依托天基信息港建設(shè)，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋能力；空間管理設(shè)施通過(guò)骨干網(wǎng)與地面連接，與地面管理功能主體協(xié)同完成管理任務(wù)。

5　結(jié)束語(yǔ)

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)目前正處于技術(shù)研究向工程建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，本文從頂層設(shè)計(jì)的角度提出了天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)設(shè)想，梳理了整個(gè)技術(shù)體系，并就天網(wǎng)地網(wǎng)架構(gòu)、天地一體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、天地融合移動(dòng)接入、安全保密、運(yùn)維管控等方面展開(kāi)了重點(diǎn)論述，為天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] Florio, M.A., Fisher, S.J., Mittal, S., Yaghmour, S., Jansson, G., Heuser, D., Murray, P.L., Worthen, A.P., Cuevas, E.G..Internet Routing in Space: Prospects and Challenges of the IRIS JCTD [C].Proc.IEEE Military Communications Conf, 2007.Orlando, FL, 1-6.

[2] Pulliam, J., Zambre, Y., Karmarkar, A., Mehta, V., Touch, J., et al..TSAT Network Architecture[C].Proc.IEEE Military Communications Conf(MILCOM 2008).2008, San Diego, CA, 1-7.

[3]Johnson, J.D., Connary, J.A., Thompson, J., and Donner, P..Inter net Routing in Space NMS Architecture[C], Proc.IEEE Aerospace Conf.2009.Big Sky, MT, 1-11.

[4] Enrique G.Cuevas, Hadi A.Esiely-Barrera, H.Warren Kim, and Zhuangbo Tang.Assessment of the Internet Protocol Routing in Space—Joint Capability Technology Demonstration [J].JOHNS HOPKINS APL TECHNICAL DIGEST, 2011, 30(2): 89-102.

[5] 沈榮駿.我國(guó)天地一體化航天互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想 [J].中國(guó)工程科學(xué), 2006(10)：19-30.

[6] 張乃通, 趙康僆, 劉功亮.對(duì)建設(shè)我國(guó)“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”的思考 [J].電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào), 2015, 10(3)：223-230.

[7] 焦現(xiàn)軍, 曹桂興.MSV-ATC衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)研究 [J].航天器工程, 2007, 16(5)：59-67.

企業(yè)博客