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

邊文靜 李勝楠

【摘 要】空間互聯(lián)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的重要產(chǎn)物之一，空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是定位導(dǎo)航系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，在我國航空航天、航天檢測、遠(yuǎn)洋航行等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。文章分析了我國空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，在闡述我國空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究成果的同時(shí)，探究我國空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展中遇到的問題以及未來的發(fā)展方向。旨在為我國空間技術(shù)的發(fā)展研究提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)

一、空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)對空間中存在的信息進(jìn)行收集、處理、分析并完成數(shù)據(jù)和信息傳輸功能一種數(shù)據(jù)處理技術(shù)?？臻g網(wǎng)絡(luò)技術(shù)問世與1998年，是由美國航空航天實(shí)驗(yàn)室率先提出的研究項(xiàng)目。在幾十年的不斷發(fā)展中，空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從最開始的固定幀長，時(shí)分復(fù)用的通信技術(shù)逐步發(fā)展成為現(xiàn)在的可變包長，異步通信模式的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。有效通訊范圍從僅限地面范圍內(nèi)的通訊技術(shù)逐步發(fā)展為深空通信和星際通信。

二、我國空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題

（一）資源單一

空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)地面互聯(lián)網(wǎng)相比最大的優(yōu)勢是其巨大的信息傳輸范圍，空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)徹底打破了傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)傳播的空間性地域限制，通過衛(wèi)星作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了全球范圍內(nèi)甚至星際范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋功能，對航空航天的研究發(fā)展有重要的意義。但空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對與衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)過于依賴也成為了其發(fā)展的主要瓶頸之一，在空間網(wǎng)絡(luò)體系內(nèi)衛(wèi)星是唯一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，直接導(dǎo)致了空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源單一，同時(shí)在衛(wèi)星出現(xiàn)故障時(shí)空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會面臨癱瘓無有效的應(yīng)對措施，運(yùn)行條件較為苛刻。同時(shí)空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作狀態(tài)受衛(wèi)星的位置和運(yùn)行規(guī)律上下浮動(dòng)。在衛(wèi)星位置出現(xiàn)較大偏差時(shí)，空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能會受到嚴(yán)重影響，出現(xiàn)線路頻繁斷開，信息傳遞延遲高，錯(cuò)碼率高等諸多問題，影響了空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對空間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的過分依賴也導(dǎo)致空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)和使用成本過高，實(shí)用價(jià)值和推廣可能降低。

（二）發(fā)展能力差

空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在完成從地面空間數(shù)據(jù)傳播到全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋和星際信息傳播的發(fā)展和蛻變后遇到了新的瓶頸?？臻g網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要對規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，這對其空間節(jié)點(diǎn)上使用的數(shù)據(jù)處理芯片性能有較高的需求，對芯片的信息存儲容量和計(jì)算能力都有著苛刻的要求。目前符合上述標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理芯片較少。普遍存在數(shù)據(jù)處理芯片運(yùn)行能力不足等問題。同時(shí)在衛(wèi)星軌跡發(fā)生變化時(shí)，空間互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致空間互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的性能出現(xiàn)較大波動(dòng)，甚至斷網(wǎng)。而由于衛(wèi)星是空間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的唯一網(wǎng)絡(luò)接單，而衛(wèi)星的軌道運(yùn)行特點(diǎn)無法改變，導(dǎo)致空間互聯(lián)網(wǎng)在提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性發(fā)展上阻力較大。值得注意的是各國衛(wèi)星系統(tǒng)各自獨(dú)立，分別有自己的傳輸協(xié)議和管理辦法，自成體系，導(dǎo)致不同國家衛(wèi)星間的信息交互能力較弱甚至無法進(jìn)行信息傳遞實(shí)現(xiàn)資源共享。綜合應(yīng)用效率過低。而實(shí)現(xiàn)不同國家直接間的衛(wèi)星資源共享，建立全球一體化的網(wǎng)絡(luò)空間系統(tǒng)不僅需要巨大的資金支持，還需要所有衛(wèi)生國家和機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)入，推廣難度高，制約了空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。

（三）傳輸可靠性低

空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的地面互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相比規(guī)模較大，系統(tǒng)組成復(fù)雜。包括空間愛你網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑿l(wèi)星、鏈路和節(jié)點(diǎn)之間的相互關(guān)系、分層、結(jié)構(gòu)、協(xié)議、數(shù)據(jù)流量的一系列的結(jié)構(gòu)?？臻g網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，空間設(shè)置在執(zhí)行地面?zhèn)鬟_(dá)的動(dòng)態(tài)操控命令時(shí)隨意性較高，同時(shí)具備一定的不可控性。信息傳輸可靠性差。同時(shí)因超遠(yuǎn)的傳輸距離，空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸響應(yīng)時(shí)間過高也導(dǎo)致信息傳遞的時(shí)效性不理想等問題的出現(xiàn)。

（四）安全性弱

受空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)超大的跨地域、跨空間傳輸特點(diǎn)決定，空間網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)信息傳遞路徑較長，對信息傳遞過程的監(jiān)管難度較高。在漫長的信息傳遞過程中，容易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失、遭到竊聽、受到干擾和網(wǎng)絡(luò)攻擊等諸多問題。影響了信息傳遞的安全。

三、空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的趨勢

（一）發(fā)展空間網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)

對衛(wèi)星空間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的過分依賴是制約空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和完善的重要技術(shù)瓶頸之一，同時(shí)因受空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)信息傳遞響應(yīng)效率低、錯(cuò)碼率高、傳輸距離過長等諸多T特點(diǎn)決定空間愛你網(wǎng)路路由技術(shù)發(fā)展阻力較大，所以解決上述問題，突破空間網(wǎng)絡(luò)路由發(fā)展瓶頸是我國目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的主要方向?？臻g互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)路路由設(shè)備需要安裝在衛(wèi)星設(shè)備中。與傳統(tǒng)地面互聯(lián)網(wǎng)路由系統(tǒng)相比，路由設(shè)備安裝空間要求苛刻，對路由設(shè)備以及交換設(shè)施的體積以及質(zhì)量都有特定要求，受衛(wèi)星載定能源限制，路由器需要在限定功率下運(yùn)行，同時(shí)要是達(dá)到系統(tǒng)所需性能。同時(shí)星載設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)成本極高，這要求星載路由設(shè)備要優(yōu)秀的自我檢測和自我維護(hù)的功能。

（二）發(fā)展網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)

空間互聯(lián)系統(tǒng)龐大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍導(dǎo)致其網(wǎng)絡(luò)管理工作難度較高，技術(shù)需求嚴(yán)格。而網(wǎng)絡(luò)管理的質(zhì)量直接決定空間互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠度以及各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)。因此網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的完善和升級是空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)未來發(fā)展的核心技術(shù)之一。網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)應(yīng)分為地面網(wǎng)絡(luò)管理和星載設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理兩個(gè)方向，其中地面網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)應(yīng)提升對空間網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)分配能力和信息管理能力。而星載設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)核心在監(jiān)控、預(yù)測和警報(bào)系統(tǒng)上。要想充分實(shí)現(xiàn)空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各項(xiàng)功能，必須在網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)方面取得對應(yīng)突破。

（三）發(fā)展寬帶通信技術(shù)

與傳統(tǒng)地面互聯(lián)網(wǎng)相比，空間網(wǎng)絡(luò)打破了空間地域性限制，具有地面互聯(lián)網(wǎng)無可比擬的功能和優(yōu)勢，但龐大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍也讓空間互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的通訊效率、寬帶兆率、傳輸速度、信息安全性、解碼率、錯(cuò)碼率等指標(biāo)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的地面互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。上述問題是導(dǎo)致空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用受到限制的核心問題之一，也是空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的主要科研攻關(guān)方向?；谖覈臻g互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀，我國選擇在通訊效率和通訊質(zhì)量都較高的激光通信技術(shù)來作為空間互聯(lián)網(wǎng)的主要通訊系統(tǒng)，同時(shí)受激光通訊的技術(shù)原理決定，激光通訊技術(shù)在信息傳遞過程中有著良好的抗干擾、忼截獲性能。符合空間網(wǎng)絡(luò)對傳輸系統(tǒng)安全性的迫切需求。

（四）加強(qiáng)安全防護(hù)措施

現(xiàn)階段空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍處于不斷的研究發(fā)展階段，各項(xiàng)功能僅僅為初步實(shí)現(xiàn)，還需要的不斷的完善發(fā)展才能最終達(dá)到技術(shù)研究預(yù)期效果。但安全問題是現(xiàn)階段空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)弊端中較為顯著和嚴(yán)重的一個(gè)。超遠(yuǎn)的傳輸距離導(dǎo)致空間互聯(lián)網(wǎng)傳遞的信息極易被截獲，信息安全保障低。作為信息傳遞作為主要功能的空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如果無法保障信息傳遞的安全性，會導(dǎo)致系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值降低。

影響空間互聯(lián)網(wǎng)信息傳遞安全的因素除了超遠(yuǎn)距離外，異構(gòu)性、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開放性都是導(dǎo)致信息安全受到威脅的因素之一。制定保障空間互聯(lián)網(wǎng)各項(xiàng)功能完整實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，信息安全也能得到有效保障的網(wǎng)絡(luò)安全解決措施，是目前空間互聯(lián)網(wǎng)安全工作的研究重點(diǎn)。應(yīng)從體系結(jié)構(gòu)、安全路由、安全鏈路等三個(gè)角度出發(fā)。首先應(yīng)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對空間啊我那個(gè)落采用移動(dòng)性管理技術(shù)，其次應(yīng)制定功能和安全更加全面的需求性路由協(xié)議。最后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)身份密碼制度的管理。采用分層密鑰制度，對信息的閱覽權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)分，對重要信息應(yīng)采取多身份共同識別。

【參考文獻(xiàn)】

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