专题 | 对建设我国“天地一体化信息网络”的思考
本文作者
张乃通，赵康僆，刘功亮
文章主要观点阅读：
作为我国未来信息化建设的核心基础设施，对于天地一体化信息网络的研究与建设必须做好完善的顶层设计，从当前发展的需求看，建议考虑如下问题:
(1) 确定网络架构
天基骨干网络架构目前存在GEO单层骨干网络或GEO + LEO双层网络以及多层网络方案，各种方案在性能指标、建设成本、建设周期等方面需综合考虑。受到轨道资源限制，骨干节点位置的选择将面临诸多困难。
(2) 尽快确定接口标准
我国现有天基资源众多，按照各类规划，近年内我国还将有大量卫星应用系统发射升空， 这些系统未来能否融入天地一体化信息网络? 因此，必须尽快确定天地一体化信息网络的接口标准。
(3) 星间链路方案的选择
当前实现星间链路主要包括微波和激光两种方式。对于点对点通信，激光链路具有宽带高速的显著优势，是当前国内外星间、星地链路技术研究的热点。但国内仍处于关键技术突破阶段，与微波链路相比技术不够成熟，应当着重分析和确定激光链路和微波链路的选择。
(4) 天基信息处理
从信息共享的角度，应当考虑在天基进行综合信息处理。但是，实际中应采用基于卫星平台或空间站实现集中式或分布式处理的方案仍有待进一步研究。另外，天宫一号已在轨运行，天宫二号空间站也将在 2016 年前后升空，由于其载荷能力和人员优势，需重点考虑在未来天地一体化信息网络中能否使用? 如何使用?
(5) 网络协议体系
协议体系应满足对天基特性的适配和支持，保证天、地互联互通。除了扩展地面TCP/IP协议、开展IPover CCSDS的研究与实现外，CCSDS当前正在推进DTN协议架构在空间网络的部署，建议开展各类适应天基网络特殊性的新协议体系的研究与实验工作。
(6) 安全机制
由于卫星通信的开放性，天地一体化信息网络的安全可靠存在一定特殊性。除了考虑传统网络协议层面的安全机制外，还应考虑物理层、链路层节点间的主动攻防机制等。
考虑到天地一体化信息网络规模庞大、结构复杂、高动态、分布式自组织的特点，解决大量技术难点耗时耗资巨大，从国外发展的经验看，应当建立天地一体化信息网络仿真平台，积极开展各种技术方案的试验验证演示。
(1) 仿真平台的基本要求
仿真平台的总体要求:能充分仿真天地一体化信息网络的各种特性，实现对网络架构和协议体系的测试和性能分析。该平台应能实现仿真参数的动态调整、远程控制和远端存取;并且具有足够的灵活性，可实现不同拓扑结构、协议和架构，能够与其它仿真平台互操作，其基本概念如图 5所示，其中，控制平面用于验证网络拓扑结构、节点动态变化、链路选择等的控制和管理功能，数据平面完成仿真场景的映射与节点间的实际数据传输。
仿真平台的仿真要素:在信道环境要素方面，应满足传播衰减、干扰、误码率等因素的仿真要求。在网络设置要素方面，应满足:1) 网络节点设置，包括节点数量、轨道、拓扑变化; 2) 节点设备设置，包括指向和处理功率、存储空间大小、发射功率和速率、其他空间节点约束等。在管理控制要素方面，应考虑带宽、存储资源的限制，并能仿真秘钥分发管理、链路安全设置等。
(2) 仿真平台的设计
首先借鉴NASA 模型功能的地面仿真平台研究，应用虚拟任务中心(VMOC)概念对基于 IP 体制一体化网络方案、DTN 网络方案的工作过程进行演示验证。通过该功能仿真平台直观地演示低轨卫星移动接入和切换，远端用户接入，空间任务的实施和传输等工作过程和场景。
在此基础之上，利用软件、实物设备丰富和扩展各类仿真要素，建立不同保真度的仿真环境，在条件许可的情况下，平台可集成试验小卫星或空间站，建立天地一体化信息网络关键技术仿真试验平台。依托仿真试验平台对各层次关键技术进行仿真测试，开展关键技术的联合演示验证，为各种新技术的实用化提供保障，该仿真试验平台的结构框图如图6 所示。
本文发表于《中国电子科学研究院学报》2015年 第3期
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