面向服務(wù)的航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

陳立水，李 寧，劉 巖，晉東立，翟政安，朱 亮

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 100094；3.衛(wèi)星通信中心，北京 100094)

0 引言

航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)是支撐航天測(cè)控、運(yùn)控與應(yīng)用等活動(dòng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著航天試驗(yàn)任務(wù)與應(yīng)用相關(guān)的各類數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻及文件等業(yè)務(wù)信息的傳輸，對(duì)跟蹤測(cè)量、指揮控制、信息支援以及效果評(píng)估等任務(wù)起著重要的保障作用。目前，世界各國(guó)的航天測(cè)控、運(yùn)控與應(yīng)用系統(tǒng)地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)一般有多個(gè)，分屬不同部門，獨(dú)立建設(shè)、自成體系、體制不一、分散管理、難以共享。隨著航天技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，航天系統(tǒng)所獲取的信息數(shù)量急劇增長(zhǎng)，分散構(gòu)建的航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)已難以支撐航天業(yè)務(wù)信息的及時(shí)共享和綜合利用，嚴(yán)重制約了航天設(shè)備的應(yīng)用效能以及地面資源建設(shè)效益的發(fā)揮[1]。因此，統(tǒng)籌航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)資源，優(yōu)化重組，構(gòu)建覆蓋所有航天地面設(shè)施的一體化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)航天測(cè)運(yùn)控與業(yè)務(wù)信息互通和資源共享，快速適應(yīng)越來(lái)越頻繁的太空探索、甚至空間作戰(zhàn)等任務(wù)需要，是當(dāng)前世界各航天大國(guó)迫切需要解決的共性問題。

云計(jì)算、軟件定義網(wǎng)絡(luò)[2-3]、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化[4]、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)[5-6]及網(wǎng)絡(luò)虛擬化[7-8]等新技術(shù)逐漸成熟，為上述問題的解決提供了思路。本文基于開放分離思路，設(shè)計(jì)未來(lái)航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，解決現(xiàn)有航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)存在的體系架構(gòu)靈活性差、資源動(dòng)態(tài)調(diào)配能力弱、安全防護(hù)能力缺乏和運(yùn)行效率低等問題，實(shí)現(xiàn)航天用戶隨遇接入、任務(wù)分域管理、資源快速按需調(diào)配、網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行，滿足不斷增長(zhǎng)的航天業(yè)務(wù)需求。

1 航天地面網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與發(fā)展需求分析

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

目前，世界各航天大國(guó)航天測(cè)控、運(yùn)控與應(yīng)用的地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)多種多樣，且分屬不同部門，資源難以共享，信息難以互通。比如，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)負(fù)責(zé)民用航天計(jì)劃，目前管理著航天跟蹤與數(shù)據(jù)網(wǎng)(STDN)、深空網(wǎng)(DSN)和跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)(TDRSS)，此外，美國(guó)空軍、海軍、陸軍都有自己的測(cè)控網(wǎng)，海軍甚至有2個(gè)測(cè)控網(wǎng)。還有很多其他的測(cè)控網(wǎng)，以支撐各種各樣的航天任務(wù)[9-10]。這些地面網(wǎng)絡(luò)一般基于傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)建，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)“僵化”，在靈活可控、資源調(diào)配、安全抗毀及統(tǒng)一運(yùn)維等方面存在嚴(yán)重不足[11]。

(1)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)靈活性差

航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)由大量單一功能且專用的設(shè)備構(gòu)成，形成控制轉(zhuǎn)發(fā)一體化的封閉架構(gòu)，為滿足不同業(yè)務(wù)、接入方式、服務(wù)質(zhì)量及安全等需求，引入大量的協(xié)議，導(dǎo)致設(shè)備日益臃腫，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)僵化，存在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、擴(kuò)展和調(diào)配困難等問題。

(2)網(wǎng)絡(luò)資源按需動(dòng)態(tài)調(diào)配能力弱

盡管部分航天網(wǎng)絡(luò)之間可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，且具備局部資源調(diào)配能力，但缺乏全局的統(tǒng)一管理和資源動(dòng)態(tài)調(diào)配機(jī)制，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的統(tǒng)一資源調(diào)度，導(dǎo)致系統(tǒng)資源使用效率不高，限制了數(shù)據(jù)和信息共享。

(3)高效統(tǒng)一的安全防護(hù)能力缺乏

在航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)體系中，現(xiàn)有的安全設(shè)備在部署位置及部署手段等方面具有很大差異，缺乏統(tǒng)一有效的管理手段，存在安全隱患。同時(shí)，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)獨(dú)立構(gòu)建安全防護(hù)體系，安全體制不同、設(shè)備型號(hào)不同，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的安全互聯(lián)和設(shè)備的互相備份，無(wú)法進(jìn)行全網(wǎng)統(tǒng)一的安全態(tài)勢(shì)管理。

(4)面向服務(wù)的統(tǒng)一運(yùn)維管理能力不強(qiáng)

航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)內(nèi)部現(xiàn)有各網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)均獨(dú)立設(shè)計(jì)、自成體系、分別建設(shè)，無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)一管理。同時(shí)，目前的網(wǎng)管大多側(cè)重于對(duì)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的管理，缺乏對(duì)應(yīng)用和業(yè)務(wù)的管理，尚未實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用的感知互動(dòng)和面向服務(wù)的運(yùn)維能力，資源按需動(dòng)態(tài)調(diào)控能力低，難以實(shí)現(xiàn)資源共享與高效運(yùn)維。

1.2 發(fā)展需求

為解決“煙囪式”多網(wǎng)并存的航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)存在的以上問題，需按照一體化、自動(dòng)化、智能化和服務(wù)化的設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行未來(lái)航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。

① 一體化：對(duì)未來(lái)航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)資源按需共享與業(yè)務(wù)信息高效互通，有效支撐各類衛(wèi)星和應(yīng)用業(yè)務(wù)的高效傳輸，為其提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保障。

② 自動(dòng)化：適應(yīng)新形勢(shì)下一體化聯(lián)合作戰(zhàn)節(jié)奏快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)需要具備自感知、自配置、自修復(fù)及自優(yōu)化等自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)功能，以減少網(wǎng)絡(luò)部署、配置和優(yōu)化時(shí)間，快速滿足相關(guān)任務(wù)需要。

③ 智能化：運(yùn)用現(xiàn)代智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自感知、自分析、自決策、自執(zhí)行的封閉環(huán)，使網(wǎng)絡(luò)具備自動(dòng)感知應(yīng)用和用戶需求、按需動(dòng)態(tài)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)、主動(dòng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)資源的能力，在遭受攻擊或被部分摧毀時(shí)，能夠快速進(jìn)行重構(gòu)。

④ 服務(wù)化：為滿足應(yīng)用需求對(duì)接、信息按需傳輸、安全按需保障需求，航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用面向服務(wù)的架構(gòu)，具備網(wǎng)絡(luò)服務(wù)開放能力，為各類用戶與應(yīng)用提供精細(xì)化細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2 下一代網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)分析

針對(duì)傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)不足，通信界從用戶需求出發(fā)，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性、可靠性和易管理性，展開了新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究。目前，主要有“改良式”和“革命式”2種研究思路[12]。“改良式”架構(gòu)仍以IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)，不改變核心體系架構(gòu)，通過打補(bǔ)丁的方式增加新功能，并在其他層面實(shí)施，例如針對(duì)可擴(kuò)展性問題提出了IPv6協(xié)議，針對(duì)性能問題提出了高效的MPLS，針對(duì)安全性問題提出了IPsec等；“革命式”架構(gòu)研究者認(rèn)為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足各種新型業(yè)務(wù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的要求，需要將網(wǎng)絡(luò)推倒重來(lái)，研究一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，從根本上解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的種種缺陷[13]。

改良式的思路僅能夠滿足目前網(wǎng)絡(luò)的基本需求，但往往導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)臃腫和可擴(kuò)展性差；隨著信息和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用飛速增長(zhǎng)，革命性體系架構(gòu)的研究成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)界研究的重點(diǎn)[14]。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)[15]是由美國(guó)斯坦福大學(xué)Clean Slate研究組提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，是一種專為解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)弊端而開發(fā)的功能強(qiáng)大的全新網(wǎng)絡(luò)模式，主要由基礎(chǔ)設(shè)施層、控制層和應(yīng)用層組成。SDN的核心理念之一是將控制功能從網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備中剝離出來(lái)，達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備復(fù)雜度，提升網(wǎng)絡(luò)管控效率的目的。工作在基礎(chǔ)設(shè)施層的SDN交換機(jī)只需按照轉(zhuǎn)發(fā)決策機(jī)制進(jìn)行高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而具體轉(zhuǎn)發(fā)策略均由控制層通過南向接口協(xié)議下發(fā)[16-17]。

在軟件定義網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)管理員可以很方便地管理各種應(yīng)用功能，通過SDN應(yīng)用程序來(lái)動(dòng)態(tài)配置、管理和優(yōu)化底層的網(wǎng)絡(luò)資源，從而實(shí)現(xiàn)靈活、可控的網(wǎng)絡(luò)[18]?？刂茖泳S護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施層的整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為網(wǎng)絡(luò)流量的走向做決策，在邏輯上管理和控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)?；A(chǔ)設(shè)施層主要由交換機(jī)組成，只需專注于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，有效降低構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的成本?？刂茖雍突A(chǔ)設(shè)施層通過支持標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的安全通道進(jìn)行通信。因此在網(wǎng)絡(luò)管理方面具有重大優(yōu)勢(shì)。

在網(wǎng)絡(luò)資源管理方面，SDN突破了傳統(tǒng)分布式框架的約束，數(shù)據(jù)與控制分離的架構(gòu)能夠使管理視圖更為集中，同時(shí)對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)施資源進(jìn)行抽象，形成虛擬資源，為網(wǎng)絡(luò)資源細(xì)粒度管控提供支撐，基于全局網(wǎng)絡(luò)視圖，控制層可以全面協(xié)調(diào)、管理底層資源，最終提高網(wǎng)絡(luò)資源的可控性與靈活性。

3 航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

借鑒軟件定義網(wǎng)絡(luò)控制與轉(zhuǎn)發(fā)相分離的思想，遵循基礎(chǔ)設(shè)施模塊化、物理資源虛擬化、資源調(diào)配自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)功能軟件化以及運(yùn)維管理智能化的理念，設(shè)計(jì)面向服務(wù)的航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)如圖1所示，由資源層、服務(wù)層和應(yīng)用層組成。

圖1 技術(shù)體系架構(gòu)

資源層提供衛(wèi)星信道、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)和安全等基礎(chǔ)設(shè)施的物理資源和邏輯資源，為各類應(yīng)用系統(tǒng)互聯(lián)互通、各類信息融合處理、資源管理與調(diào)控以及安全服務(wù)編排等功能提供基礎(chǔ)支撐。

服務(wù)層由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、安全服務(wù)和運(yùn)維服務(wù)組成。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供資源感知、路徑規(guī)劃及策略控制等功能，實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)資源的感知與管控；安全服務(wù)提供安全防護(hù)、安全運(yùn)維、安全態(tài)勢(shì)和網(wǎng)間隔離等功能，為地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供多層次的安全防護(hù)和網(wǎng)間安全互通控制；運(yùn)維服務(wù)提供態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)、感知監(jiān)視及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等功能，實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)用的智能化運(yùn)維，是確保地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)高效可靠運(yùn)行的重要支撐。服務(wù)層基于資源控制接口細(xì)粒度控制底層物理資源和邏輯資源，并通過服務(wù)接口為應(yīng)用層提供指揮控制、測(cè)控運(yùn)控及信息支援等服務(wù)。

應(yīng)用層主要由測(cè)控、運(yùn)控、指控、導(dǎo)航及監(jiān)測(cè)等應(yīng)用系統(tǒng)組成，通過服務(wù)層獲取網(wǎng)絡(luò)資源。

該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)和資源的控制與管理功能集中，形成服務(wù)層。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將底層計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)及衛(wèi)星信道資源池化，以服務(wù)的形式提供給安全服務(wù)和運(yùn)維服務(wù)。安全服務(wù)提供威脅檢測(cè)(病毒查殺)、漏洞修復(fù)、軟件管控、可信白名單和安全審計(jì)等服務(wù)，基于服務(wù)訂閱/發(fā)布機(jī)制實(shí)現(xiàn)安全服務(wù)的按需推送。運(yùn)維管理基于服務(wù)化接口，為應(yīng)用提供可定制的服務(wù)化模板，供應(yīng)用調(diào)用，獲取應(yīng)用需求。根據(jù)應(yīng)用需求動(dòng)態(tài)配置、管理網(wǎng)絡(luò)資源和安全資源的使用，實(shí)現(xiàn)拓?fù)?、故障、配置、性能和安全管理，為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)規(guī)劃、開通和保障提供支撐。應(yīng)用層與服務(wù)層中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、運(yùn)維服務(wù)與安全服務(wù)之間均通過標(biāo)準(zhǔn)的接口實(shí)現(xiàn)互操作，面向服務(wù)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了服務(wù)之間的松耦合，屏蔽底層設(shè)備之間的差異，提升網(wǎng)絡(luò)管控的靈活性。

4 演示驗(yàn)證

4.1 演示驗(yàn)證平臺(tái)構(gòu)建

如圖2所示，航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)演示驗(yàn)證平臺(tái)主要由軟件定義的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)資源管控系統(tǒng)和運(yùn)維管理系統(tǒng)等構(gòu)建，主要用于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離和資源動(dòng)態(tài)調(diào)配驗(yàn)證。

航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備互聯(lián)構(gòu)成，用于模擬航天測(cè)控運(yùn)控一體化地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施；資源管控系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)策略的生成并完成策略向控制器的下發(fā)，具備面向業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃能力；運(yùn)維管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)一體化傳輸網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理，具備多域多維態(tài)勢(shì)融合呈現(xiàn)和基于應(yīng)用的按需資源調(diào)控能力。

圖2 演示驗(yàn)證平臺(tái)示意圖

4.2 功能驗(yàn)證

4.2.1 域間隔離

運(yùn)維管理系統(tǒng)基于可定制化的服務(wù)模板，接收用戶應(yīng)用需求：航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)需同時(shí)傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)。運(yùn)維管理系統(tǒng)結(jié)合業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)屬性等，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用需求與網(wǎng)絡(luò)能力的自動(dòng)映射匹配，生成基于應(yīng)用需求的按需資源管控策略?；诓呗赃M(jìn)行服務(wù)編排實(shí)現(xiàn)按需資源申請(qǐng)，創(chuàng)建了2個(gè)不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)，分別承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)，為用戶提供所需服務(wù)。創(chuàng)建結(jié)果如圖3所示，基于同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò)1和虛擬網(wǎng)絡(luò)2，虛擬網(wǎng)絡(luò)1承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，虛擬網(wǎng)絡(luò)2承載視頻業(yè)務(wù)。

圖3 虛擬網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建結(jié)果

圖4(a)與圖4(b)為h_s1_1和h_s2_1屬于虛擬網(wǎng)絡(luò)1；圖4(c)與圖4(d)為h_s2_2和h_s3_1屬于虛擬網(wǎng)絡(luò)2。

圖4 虛擬網(wǎng)絡(luò)配置查詢結(jié)果

選擇虛擬網(wǎng)絡(luò)1的終端與虛擬網(wǎng)絡(luò)2的終端進(jìn)行互通測(cè)試，結(jié)果如圖5所示。

圖5 虛擬網(wǎng)絡(luò)間互通結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)的運(yùn)維管理，能更好地支持多樣化測(cè)控運(yùn)控的應(yīng)用需求。不同業(yè)務(wù)域間數(shù)據(jù)的安全隔離，滿足一網(wǎng)多域的航天業(yè)務(wù)需求。

4.2.2 資源動(dòng)態(tài)調(diào)配

運(yùn)維管理系統(tǒng)從用戶處接收視頻傳輸保障任務(wù)，按需生成QoS調(diào)控策略，下發(fā)至網(wǎng)絡(luò)資源管控系統(tǒng)，如圖6所示。

圖6 調(diào)控策略生成

首先，網(wǎng)絡(luò)資源管控系統(tǒng)接收運(yùn)維管理系統(tǒng)下發(fā)的視頻傳輸調(diào)控策略，并將調(diào)控策略下發(fā)至基礎(chǔ)設(shè)施。

基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)流表執(zhí)行相關(guān)命令，完成視頻傳輸保障，如圖7所示。此時(shí)，地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)中用于傳輸視頻的某條鏈路斷開，視頻傳輸出現(xiàn)馬賽克，如圖8所示。

圖7 視頻傳輸正常

圖8 視頻傳輸異常

基礎(chǔ)設(shè)施主動(dòng)上報(bào)資源管控系統(tǒng)，控制器實(shí)時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，感知節(jié)點(diǎn)故障/鏈路故障/鏈路擁塞后，上報(bào)統(tǒng)一運(yùn)維管理系統(tǒng)，統(tǒng)一運(yùn)維管理系統(tǒng)拓?fù)湟晥D該鏈路顏色由深變淺，如圖9所示。

同時(shí)，資源管控系統(tǒng)生成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)策略，控制器下發(fā)至基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，此時(shí)視頻正恢復(fù)高清傳輸。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的未來(lái)航天信息通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了面向服務(wù)的資源靈活調(diào)配、快速重組，滿足網(wǎng)絡(luò)資源的靈活、高效、按需、細(xì)粒度和自動(dòng)化管控的需求。

圖9 運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視

5 應(yīng)用部署與效益分析

在實(shí)際應(yīng)用中，航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)“一張網(wǎng)”基礎(chǔ)設(shè)施按照“一體化、自動(dòng)化、智能化、服務(wù)化”的需求進(jìn)行構(gòu)建，由一體化的天基和地基雙平面組成。地基平面主要包括傳輸轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備、資源管控系統(tǒng)、運(yùn)維管理系統(tǒng)與安全防護(hù)系統(tǒng)，天基平面主要包括衛(wèi)星站、衛(wèi)星鏈路和衛(wèi)星信道控制設(shè)備，如圖10所示，由2個(gè)平面上的這些設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。

圖10 航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用示意

運(yùn)維管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)地面系統(tǒng)一體化傳輸網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理，具備基于大數(shù)據(jù)的智能網(wǎng)絡(luò)分析、多域多維態(tài)勢(shì)融合呈現(xiàn)和基于應(yīng)用的按需資源調(diào)控能力；資源管控系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用需求實(shí)現(xiàn)策略自動(dòng)生成并完成策略向控制器和衛(wèi)星網(wǎng)管理系統(tǒng)下發(fā)，具備面向業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的自動(dòng)規(guī)劃配置能力，自動(dòng)獲取網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一資源視圖，實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的集中控制，從而簡(jiǎn)化配置、優(yōu)化管理；衛(wèi)星信道管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)綜合管理、規(guī)劃、資源調(diào)配、評(píng)估、終端入網(wǎng)/鑒權(quán)及狀態(tài)性能監(jiān)視等功能；安全防護(hù)系統(tǒng)采用軟件定義技術(shù)，將防火墻及入侵檢測(cè)等安全防護(hù)手段進(jìn)行虛擬化、資源池化，按需為網(wǎng)絡(luò)提供安全防護(hù)能力。

以網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)，根據(jù)各類航天業(yè)務(wù)QoS需求構(gòu)建測(cè)控專用網(wǎng)域、運(yùn)控專用網(wǎng)域、航天應(yīng)用網(wǎng)域及測(cè)繪氣象網(wǎng)域等虛擬專用網(wǎng)域，滿足航天測(cè)控、運(yùn)控、信息保障、太空防衛(wèi)和空間態(tài)勢(shì)感知等多種航天任務(wù)的特殊QoS保障信息傳輸要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前航天網(wǎng)絡(luò)尚未實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)的自動(dòng)化運(yùn)維管理與資源調(diào)配。著眼于航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)的一體化發(fā)展，在分析了航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和軟件定義網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，按照面向服務(wù)的思路，深入研究未來(lái)航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分析體系架構(gòu)各層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、接口關(guān)系以及應(yīng)用部署等內(nèi)容。通過演示環(huán)境驗(yàn)證了采用面向服務(wù)架構(gòu)的航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)具備了按需調(diào)配資源的能力，為未來(lái)航天地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)的研究發(fā)展奠定基礎(chǔ)。下一步工作的研究方向是對(duì)安全功能服務(wù)化、安全資源動(dòng)態(tài)調(diào)配以及衛(wèi)星資源動(dòng)態(tài)調(diào)配能力的驗(yàn)證，為滿足多樣化航天應(yīng)用業(yè)務(wù)信息的高速可靠傳輸提供技術(shù)支撐。