我国天地一体化航天互联网构想_沈荣骏
天基传输网络和天地一体化信息网络发展现状与问题思考
天基传输网络和天地一体化信息网络发展现状与问题思考孙晨华【摘要】近年来,太空(或称为天基)和网络空间成为全球新一轮竞争热点.随着我国天地一体化信息网络工程被列为重大专项,行业内对以天基为重点的天地一体化信息网络的关注度达到新高.天基传输网络因其天然的天地一体化特征、信息的承载平台等特征,成为天地一体化信息网络的重要抓手.给出了立足天基传输网络,发展天地一体化信息网络的相关问题和下一步研究重点及建议思路,可为后续研究工作开展提供参考.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2017(047)001【总页数】6页(P1-6)【关键词】天基传输网络;天地一体化信息网络;天基信息网络;天基接入网;天基骨干网【作者】孙晨华【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TN927目前，抢占空天信息竞争制高点、发展相关新兴产业成为发达国家的又一次战略机遇。
我国经济、政治和军事处于复杂国际环境中距世界舞台中心最近时期。
总体上看，天基信息系统建设成就突出，但没有完全摆脱技术追赶和试验应用型发展状态，系统仍立足本土服务，天地融合技术水平、服务能力、产业链发展与发达国家相比差距较大，与国家“一带一路”战略和大国地位不协调。
因此，找准、弥补天基信息系统的薄弱环节，发展天地一体化信息网络，提高天地一体服务能力，实现信息系统伴随“一带一路”走出去战略十分必要[1]。
天地一体化信息网络工程重大专项正是在此背景下提出。
地面信息网络和天基信息网络经过多年发展，从天地一体化角度来看，基础和不足并存。
如何在摸清基础、找准不足的情况下进行天地一体化信息网络创新、优化设计是关键问题。
摸清基础方面，重点对现有天基传输网络的天地一体化特征进行分析理解，对天地一体化信息网络概念内涵及与天基传输网络的关系进行分析理解；找准不足方面，重点是准确地识别尚未突破的关键技术。
1.1 天基传输网络通常想到的天基传输网络是卫星通信网络，广义上，天基传输网络包括卫星通信[2]、卫星中继[3]和遥感类卫星的星-地传输网络[4]。
星箭公司为神舟飞船穿上“护身铠甲”
两 年 内 ，都 市 农 业 园 区 以 都 市 休 闲 观 光农 业 为 发 展 方 向 ，将 原 航 天 育 种 项 目示 范 基 地 扩 大 ，建 设 宁 波 航 天 农 业 园 。去 年 ，他 们 又 投 入 １ Ｏ 万 元 ， ８多 建成了 １ ０ 平方米的航天 育种组培 中 ０ ２ 心 。 它可 以 全 面 地 展 示 航 天 搭 载 作 物 和诱变 育种的全过程 以及最新成果 。 截 至 目前 ，宁 波 航 天 农 业 园 已 累 计 接 待 省 内外 ３ 万 名 学 生 、游 客 参 观 。 ３
的试 种和选育 ，已获 得部分优秀 突变 株 系 ，为创造新 的种质资源和选 育新 品种 奠 定 了基 础 。与 当地 蔬菜 相 比 较 ，经航天搭载 选育的农作物植 株生 长健壮 ，长 势良好 ，果型 大 ，表现 出 明 显优 势 。２ ０ 年 下半 年 ，园区又 ０ ４ 通过 国家第２ 颗返回式科学技术与试 Ｏ 验卫星搭载 了５ 个蔬菜和６ 个花 卉品种 “ 飞天” 。目前 ，园 区累计 引进示范 的航天 品种达４ 个 ，建立 了２ 多亩试 ４ Ｏ
有 抗 高 能 粒 子 辐 照 、抗 紫外 线 、 抗 高 低 温 ； 击 、透 过 率 高 的 特 种 玻 璃 。 中 “ 神四”发射前 ，航天集 团在全 国寻 找具有 自主知识 产权的抗辐照玻
璃 盖片生产厂 家 ，星箭特种玻璃在众 多招标企业 中脱颖 而出。该公司产 品 无论 在物理特性 、密度、折射率还是
在 宁波都市农 业远 ，投资４ ０ ８ 万 元的 ５ ０ 平 方米 航 天育 种和休 闲观 ００ 光大棚正在 抓紧建设 中。园区负责人 说 ，今 年 １ 月 建 成 开 放 后 ，参 观 者 能 Ｏ 在 温 室 里 看 到 在 太 空 “ 游 ” 过 的 番 遨
“二○○七年航天测控技术研讨会”情况简报
９月 ６日上午 ， 大会 召开 了隆重 、 热烈 的开 幕 式 。专 委会 主任 、 京 跟踪 与 通 信 技术 研 究 所 钱卫 平 所 北 长代 表第 五届 专委会 做 了工 作报告 ， 告 回顾 了第 五届 专 委会 自 ２０ 报 ０４年 成 立 以来 ， 围绕 加 强专 委 会 自身
参 考文献
【 ］ 屠善澄． １ 卫星姿态动力学与控制 【 ． Ｍ］ 北京 ： 宇航 出版社 ，０ １ ２０ ．
［ ］ 章仁为． 星轨道姿态动力学与控制 【 ． ２ 卫 Ｍ］ 北京 ： 京航空航天大学 出版 社 ， ９ ． 北 １ ８ ９
【 ］ 杨大明． ３ 空间飞行 器姿态控 制系统 【 ． Ｍ］ 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学出版社 ，０ ０ ２０ ． ［ ］ 周军． ４ 航天器控制原理［ ． Ｍ］ 西安 ： 西北工业大学出版社 ，０ １ ２０ ．
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第 ５期
李 艳华 ， ： 等 航天遥测技术 的新进展
２ ３
测 控 、 空测 控等 的发 展 ， 需要 有完 备 的标 准体 系支 持 。 深 更
在总体单位的牵头下 ， 工业部门应积极参与 ， 共同做好我国航天测控标准化工作 ， 为我国遥测 、 测控技
术 的深人 发展 奠定 基础 。
５ 结 束 语
航 天遥 测 测控 技术 在诸 多方 面取 得 了新 的进 展 。随着航 天 在卫 星 中继 、 星导航 、 卫 深空探 测领 域 的进
一
步 发展 ， 遥测 测控 技术将 面 临更 多 的机遇 与挑 战。 参 考文 献
［ ］ 于志坚 ， １ 房鸿瑞 ． 国遥测技术 的回顾 与展望 ［ ． 我 ｃ］ 第十三届全国遥测遥控技术年会 论文集 ，０ ４ ２０． ［ ］ 姜 昌． ２ 深空通信、 跟踪 的根本 问题 ， 国际解决现状 和我 国对策 ［ ］ Ｊ ．飞行器 测控学报，００，９（ ）：３２ ． ２ ０ １ ３ ２ －９ ［ ］ Ｒ ｇｔ ３ ｏｓ ｄＤ Ｈ．深空网 的天线组阵技术 ［ ． ａ Ｍ］ 李海 涛 ， ．北京 ： 译 清华大学 出版社 ，０５ ２０ ． ［ ４］ 林 墨．深空测控通信技术发展趋势分析 ［］ Ｊ ．飞行器测控学报 ，０ ５，４ ３ ：－． ２０ ２ （ ）６９ ［ ］ 康建勇 ， ５ 梁勤亚 ， 李国栋． 天地一体化综合测控 网络探索［ ］ 见 ：０７年航天测控技术研讨会论 文集 ， ｃ ． ２０ 杭州 ，０７年 ９月 ６８Ｅ．２８ ． ２０ — ｔ８—６ ［ ６］ Ｙ ｅ Ｈ． ｅｐＳａｅＴ ｌｃｍｍｕｉａ ｏｓＳｓ ｍｓＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｍ］ Ｐｅｕ ｐｅｓ ，９ ３ ｕ ｎＪ Ｄ ｅ ｐｃ ｅ ｏ ｅ ｎｃｔ ｎ ｙｔ ｎｉ ｅｉ ［ ． ｌｎｍ ｒｓ １８ ． ｉ ｅ ｎ ｎ ｓ
天地一体化信息网络天基宽带骨干互联系统初步考虑
天地一体化信息网络天基宽带骨干互联系统初步考虑作者：张平秦智超陆洲来源：《中兴通讯技术》2016年第04期摘要：认为天基宽带骨干互联系统是天地一体化信息网络（ISTIN）的核心。
在分析全球典型系统架构的基础上，结合中国国情提出了一种新的天基宽带骨干互联系统网络架构——天地双骨干。
同时，综合考虑天地链路信道特征和星上处理能力约束，提出了激光/微波混合传输、电路和分组混合交换等技术体制，为系统建设提供参考。
关键词：ISTIN；骨干互联系统；天地双骨干中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1009-6868 （2016） 04-0024-005天地一体化信息网络作为国家信息化重要基础设施，对拓展国家利益，维护国家安全，保障国计民生，促进经济发展具有重大意义，是中国信息网络实现信息全球覆盖、宽带传输、军民融合、自由互联的必由之路。
近年来，中国信息网络建设日新月异，取得了可喜的成绩，互联网和移动通信用户数量处于世界领先地位[1]。
相比地面网络，天基网络具有服务覆盖范围广，受地面因素影响小，布设机动灵活等优势，在空间信息传输、应急救援、航空运输、远洋航行、空间探索等领域发挥不可或缺的作用。
但是，中国天基信息网、互联网、移动通信网发展很不平衡，呈现“天弱地强”的特征。
中国航天技术发展取得了巨大成就[2-3]，根据美国忧思科学家联盟（UCS）网站上的统计数据[4]，截至2015年12月底，中国在轨卫星数量已达177颗，预计到2020年在轨卫星数量将超过200颗。
天基方面，中国已经初步建成了通信中继、导航定位、对地观测等系统，但各卫星系统独自建设，条块分割十分明显，卫星数量严重不足，卫星类型比较单一，更为突出的是，卫星没有实现空间组网，无法发挥天基信息系统的网络化综合效能。
天基宽带骨干互联系统作为天地一体化信息网络的核心，一方面起到了互联各类天基信息系统的作用，通过天地双骨干架构实现不同系统在天地两个层面的互联互通和一体化融合；另一方面作为一张全球覆盖的宽带信息网络，为陆、海、空、天等各类重点用户提供宽带接入和数据中继服务。
浅谈天地一体化信息网络发展
浅谈天地一体化信息网络发展罗震宇 施 浩 云南电网有限责任公司信息中心摘 要：天地一体化信息网络由陆基、空基、天基进行互联互通，以信息交换和传输为基础的网络基础设施，是目前各国科技产业发展研究的热点，本文阐述了天地一体化综合信息网络概念；分析了目前国内外天地一体化信息网络相关系统发展情况；并给出了目前发展中需要需要解决的几个问题。
关键词：天基信息网络 空间信息网络 天地一体化信息网络一、引言天基信息网络也叫天基信息系统，它是彼此独立或相关的卫星通信系统、卫星遥感系统、卫星导航系统、载人航天系统、空间物理探测系统、空间天文观测系统、月球和行星深空探测系统以及多种功能的临近空间飞行器系统等各种空间信息系统总称。
天地一体化信息网络的天地一体化含义通常有两种：一种是单个天基网（如卫星通信网）与地基网（如地面通信网）通过信息或业务融合、设备综合或网络互联互通方式构成的天地一体化信息网络；另一种是单个天基网（如卫星通信网）自身的空间段（如通信卫星）与地面段（如各种通信地球站组成的应用系统）通过星地链路构成的天地一体化信息网络。
我们可称前者为大天地一体化信息网络；后者为小天地一体化信息网络。
天地一体化信息网络作为国家信息化重要基础设施，对拓展国家利益、维护国家安全、保障国计民生、促进经济发展具有重大意义，是我国信息网络实现信息全球覆盖、宽带传输、军民融合、自由互联的必由之路。
二、国内外研究发展现状1.国内研究发展现状。
我国天地一体化信息网络相关的研究和讨论已经持续了10多年，目前已经取得了一系列成果。
2006年，沈荣骏院士首先提出了我国天地一体化航天互联网的概念及总体构想； 2013~2014年，工业和信息化部电子科学技术委员会组织了“天地一体化信息网络体系架构研究”重点课题，从发展战略、总体方案和关键技术等3个方面对天地一体化信息网络开展研究；2013年和2015年，国内先后两次召开了天地一体化信息网络的高峰论坛，对凝聚国内天地一体化信息网络相关研究力量并形成统一的认识发挥了重要作用；2015年，张乃通院士发表了《对建设我国“天地一体化信息网络”的思考》，对天地一体化信息网络的定位、边界作了清晰的说明，并提出了网络基本架构的设想和对建设工作的建议。
创新应用模式谋求多元发展——第十一届中国卫星应用产业国际研讨会举行
创新应用模式谋求多元发展——第十一届中国卫星应用产业国际研讨会举行张曼倩【期刊名称】《卫星应用》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】2页(P83-84)【作者】张曼倩【作者单位】【正文语种】中文由中国卫星应用产业协会和中国贸促会电子信息行业分会主办的第十一届中国卫星应用产业国际研讨会暨空间基础设施建设与服务高峰论坛，于2015年11月12—14日在北京展览馆举办。
孙家栋院士、沈荣骏院士、王小谟院士受邀参会。
来自航天和卫星应用行业的专家、学者、企业家汇聚一堂，交流卫星应用产业的创新技术产品和成果，共论卫星通信、北斗导航、高分遥感领域的发展成就，共谋“十三五”期间我国卫星应用产业的发展大计。
开幕式由中国卫星应用产业协会副会长兼秘书长侯庆国主持。
中国贸促会电子信息行业分会常务副会长兼秘书长龚晓峰，国防科工局总工程师、国家航天局秘书长田玉龙，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其为开幕会致辞。
田玉龙在致辞中指出，卫星应用产业目前已经从政府投资为主向多元化发展，采取创新驱动战略，大力推动产业和经济转型升级，要充分运用发挥企业和社会团体的力量，打破政府主导格局，在法律上加强建设。
田玉龙指出，目前正在起草航天法和制定“一带一路”空间信息走廊规划，未来将涵盖微小卫星、PPP模式等相关内容，支持多种商业模式创新发展，支持航天装备走出去。
冉承其在致辞中指出，目前在轨运行的新一代北斗导航卫星具有更高的定位、授时精度。
北斗应用已完成初期市场培育，从行业典型应用进军大众应用市场，产业呈现快速发展局面。
2018年底前，将建成全国范围区域加密基准站网络；全面开展新一代北斗/GNSS基础产品研发和产业化，实现大众市场千万量级应用推广。
目前，以芯片、模块、板卡、终端为主的核心技术产品的年销售量已突破千万规模，月销售量约40万到50万片，采用40nm、55nm工艺，功耗更低，体积更小，性能更优，集成度更高的新一代集成芯片即将投放市场，满足智能手机、平板电脑等设备需求。
深空通信DTN应用研究
第31卷第4期2010年4月宇 航 学 报Journal of AstronauticsVol.31April No.42010深空通信DTN 应用研究叶建设1,2,宋世杰2,沈荣骏3(1.装备指挥技术学院,北京101416; 2.北京跟踪与通信技术研究所,北京100094;3.总装备部,北京100720)摘 要:容延迟网络(DTN)体系结构依靠一种新的严格的框架,能够集成深空环境异构网络技术,为解决深空通信面临的许多重要问题提供了有效解决途径。
分析了未来深空通信网络面临的难题;阐述了深空通信网络协议的研究现状;深入剖析了DTN 体系结构,并从研究和项目两个层面详细介绍了深空通信D TN 研究进展;讨论了深空通信中应用DTN 的一些关键技术问题,并分析了D TN 在我国未来深空测控通信的应用前景。
关键词:深空通信;容延迟网络;包裹层协议中图分类号:TN927 文献标识码:A 文章编号:1000-1328(2010)04-0941-09DOI :10.3873P j.issn.1000-1328.2010.04.001收稿日期:2009-09-14; 修回日期:2009-12-11基金项目:国家高技术发展计划(863)项目(2008AA12A204)0 引言深空探测,是人类在卫星应用和载人航天取得重大成就的基础上向更广阔的太阳系空间进行的探索[1]。
深空测控通信技术发展的目标之一是实现太阳系内任何时间、任何地点的连续通信。
深空航天器与地球的通信,与当前我们所熟知的中低轨道航天器的通信链路有很大的不同,主要表现在路径损失和巨大的时延。
深空探测领域的研究者多数是基于通信原理解决路径损失问题,研究并采用了许多有效的方法。
近年来,采用联网结构解决深空通信问题,也越来越受到人们的关注,空间互联网作为未来深空通信的基础,成为解决深空通信大时延问题的主要对策。
美国NASA/JPL 于1998年起开展/行星际互联网(IPN)0的项目研究[2],主要研究地球以外使用互联网实现端到端通信的方案。
构建天地一体化信息网络,催生卫星应用更多场景--航天航空航海国际工程科技战略高端论坛在成都召开
构建天地一体化信息网络，催生卫星应用更多场景
—航天航空航海国际工程科技战略高端论坛在成都召开
2020 年 11 月 3 日至 4 日，航天航空航海国际 工程科技战略高端论坛在成都召开，论坛由中国工 程院主办，中国空间技术研究院、海军北京创新中 心、中国商用飞机有限责任公司和四川大学联合承 办。来自航天、航空、航海领域的 26 位院士、百 余位专家，以及政府有关部门、中央企业集团、科 研院所、高等院校、企事业单位代表共 500 余人现 场参加开幕式及主论坛。
建设航天强国、航空强国和海洋强国，是习近 平总书记的殷切嘱托和战略要求，是事业发展、科 技创新、产业壮大的根本遵循和战略目标。中国空 间技术研究院将进一步开放融合，充分发挥空间技
6 4 卫星应用 2020 年第 11 期
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2020/11/20 下午2:11
会场传真 Conference orts
计开发工作延伸到卫星在轨飞行期间，可大大提升 卫星的使用效能。白照广从再完善、再开发、再设计、 再利用四个方面，深刻阐述了卫星在轨管理技术研 究的内涵，提出将卫星在轨运行技术纳入设计开发 范畴，建立在轨工作规范、增强遥感卫星协同设计、 关注天地一体化能力建设等发展建议。
在卫星遥感的应用领域，中国空间技术研究院 遥感卫星总体部杨冬研究员分享了《未来天基应急 救灾遥感信息支援系统发展构想》。报告认为，建 设天基应急救灾遥感信息支援系统具有深远意义， 经过多年的技术进步，我国实现了以高分四号、环 境一号等为代表的卫星应急救灾应用。但在中轨遥 感卫星应用方面稍显薄弱。中轨遥感卫星可以兼顾 分辨率和响应时效要求，在防灾减灾、应急救灾等 领域具有重要意义。未来，有必要根据应急救灾需 求，大力发展中轨遥感卫星技术，更好地支持天基 应急救灾遥感信息支援系统建设。
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2.1 改变天地操作中的频繁协议转换现状 , 提高 互操作效率
目前 , 我国星上 、 星地和地面三部分传输协议 尚未进行一体化设计 。 在遥感数据传输中需要进行 至少 2 次协议转换 , 而在业务测控操作中协议转换 次数更多达 5 ～ 备 , 且这类设备多为定制设备 , 技术 状态复杂 , 降低了系统可靠性和操作维护效率 。
主干网络负责传送用户航天器的指令 、 注入数 据 、 遥测信息及应用数据等 。在确保安全性的前提 下 , 该网络还可提供与地面互联网的接口 。
22
中国工程科学
第8卷
图 3 星际互联网体系结构[ 1] Fig.3 System architecture of interplanetary internet[ 1]
不同用户部门 分别建立各自 的业务数据接收 站 , 这些接收站在地理布局 、 设备配置及主要技术 状态方面有很大的相似性 , 相当一部分可以相互兼 容 , 但是未能实现资源共享 。 这种局面随着后续卫 星数量的增多恐有愈演愈烈之势 , 对国家财力 、 人 力 、 物力将造成极大浪费 。
我国航天测控 网的建设较好 地做到了统筹规 划 、 协调发展 , 但是近年来 , 部分卫星用户部门建 设或计划建设各自的测控站 。 这些测控站从布站位 置和功能等方面并未对航天测控网起到有效的补充 作用 , 多数站建成后任务单一 、 利用率低 。
和航天任务自身的需求 。 美国 、 欧洲等航天大国纷 纷开始航天互联网的相关技术研究 。
1998 年 , JPL 启动的星际互联网 (interplanetary
internet , IPN)项目主要研究地球以外 使用互联网 实现端到 端通信的方案 。 目 前已完成相关体 系结 构 、 数据格式的初步定义 , 形成了相关互联网工程 任务组 (IETF)协议草案 , 正在对协议进行详细定 义以及演示验证 。
2 3
1)在线数据传送业务 。用户航天器与主干网 络建立连接时 , 如果用户恰巧在线 , 则可实时获得 航天器的数据 。
2)离线数据传输业务 。用户航天器与主干网 络建立连接时 , 如果用户处于离线状态或者想获得
以前的数据 , 可以从数据记录存档分系统里调取 。 3.2.2 接入网 (access networks) 接入网络 指用 于航天器和主干网建立连接和信息交换的设备所构 成的网络 , 如图 5 所示 。
建设天地一体化航天互联网 , 将促进网络协议 的统一 , 减少天地互操作中不必要的协议转换 , 系 统效费比 、 可靠性和传输效率等将得到大幅提高 。 2.2 改变天 地专 用协 议过 多局 面 , 促进 规范 化
发展 在天地传输协议方面 , 不同卫星多不相同 。目 前使用的有固定 帧方式 、 分包方式 、 简化分 包方 式 、 固定帧与分包相结合方式等多种传输协议 , 如 图 2 所示。 由于不同的卫星采用不同的天地协议 , 处理方 式各有不同 , 地面需要开发多种协议处理软件 , 系 统兼容性 和可靠性较差 。 随 着卫星数量的不 断增 加 , 接口协调的工作量和难度也在不断增大 。 这种 局面造成了人力 、 物力等多方面不必要的浪费 。 2.3 改变信息不能很好共享局面 , 充分发挥航天
地一 体化航天互联网的强烈需求 , 并提供了实现的技术 可能性 。 探 讨了我 国航天 任务中存 在的不 同卫星 天地协 议不 统一 、 航 天任务数据不能共享 、 资源综合利用率 低等问 题 , 分析了 对未来 任务的 需求 , 阐述 了建设 我国天 地一 体化航天互联网的重要意义 ;介绍了国外航天互联 网发展状 况 ;提出 了我国 天地一体 化航天 互联网 的总体 目标 、 组成 、 网络体系结构及网络协议的初步构想 ;分析了需要突破的关键技术 ;最后提出了发展步骤建议 。
可见 , 随着航天任务的快速发展 , 特别是星间 链路的出现 , 以往点对点传输方式独存的局面将不 复存在 , 航天器与航天器互联成为航天活动的发展 趋势和必然要求 , 研究并建设包括天基互联网和地 基互联网在内的天地一体化航天互联网势在必行 。
3 国外航天互联网发展状况[ 1～ 6]
3.1 基本情况 航天互联网的发展源于地面互联网技术的推动
图 4 主干网示意图[ 2] Fig.4 Schematic of backbone network[ 2]
用户可通过本部门的局域网或者保密线路拨号 连接到该航天器的运行管理中心 。 运行管理中心与
地面站由专用的通信系统连接 。 地面运行管理中心 的数据分配系统提供两种业务 :
第 10 期
沈荣骏 :我国天地一体化航天互联网构想
一般来讲 , 可以利用射频 激光链路使得航天 器星座 编队内组网 , 由星座内的某一航天器作为 主星 , 专门处理与主干网的接口 , 其他航天器配备 星座内星间链路通信的能力 , 来自地面的指令也由 主星处理分发给星座或编队内其他航天器 。 另外一 种方法是使星座或编队内所有航天器都具有平等地 位 , 既拥有星座 编队内星间链路通信的能力 , 又拥
2006 年 10 月 第 8 卷第 10 期
中国航天 50 年的回顾与展望
中国工程科学 Engineering Science
Oct .2006 Vol.8 No.10
我国天地一体化航天互联网构想
沈荣骏
(总装备部 , 北京 100720)
[ 摘要] 地面互联网技术的快速发展以及航天任务的 复杂性不 断提高 , 产生了 将互联网 扩展到空 间 、 建立天
建立天地一体化航天互联网 , 将有效地促进已 建和在建航天资源的互联互通和综合利用 , 为未来 航天资源的统筹规划 、 优化设计 、 综合建设奠定技 术基础 , 促进航天事业协调 、 有序 、 健康发展 。 2.5 发展航天互联网是未来航天活动的必然要求
当前及未来的航天活动将愈来愈复杂 。 飞船交 会对接 、 中继卫星系统出现了星间链路 ;海洋监视 卫星等分布式卫星编队和星座出现了群控 、 数据插 入与融合技术 ;深空探测器 、 各种着陆器呈现空间 无线局域网的形态 ;空间站等复杂航天器内部各系 统需采用网络方式以更好解决数据传输问题 。
CCSDS 于近年对有关建议进行了修订 , 允许在 网络层使用地面互联网 IPv4 和 IPv6 数据包 , 同时 参考地面 IP 技术开发了一套涵盖网络层到应用层 的空间通信协议规范 (SCPS)。 在地面网络协议方 面 , 为了支持各航天机构地面设施的交互操作 , 欧 空局 (ESA)开发了基于 CCSDS 空间传输协议的地 面传输 协 议 SLE (空 间链 路 扩展), 目前 已纳 入 CCSDS 建议体系结构 , 从而将 CCSDS 空 间传输协 议延伸到地面航天设施 。 3.2 美国提出的星际互联网体系结构
图 2 目前天地传输协议应用状况示意图 Fig.2 Status quo applications of current space -ground transfer protocols
应用效益 随着航天技术的快速发展 , 我国民用航天遥感 和军用航天信息获取两大体系已经初步形成 。航天
应用渗透到了气象 、 海洋 、 测绘 、 地球资源探测 、 空间科学探测 、 国防等诸多领域 , 为相关领域的发 展建设做出了很大贡献 。
2000 年 10 月 , JPL 开展 了名为下一代空 间互 联网 (NGSI)的项目研究 。NGSI 下设 4 个工作组 , 分别研究 动态利用空间链路 、 多协议标签交 换协 议 、 移动 IP 和安全问题 。 考虑到 “国 际组织空间 数据系统咨询委员会” (CCSDS)建议是专为空间 链路设计 、 经过多次航天任务考验 , 并考虑到保护 已有的投资及国际联网 , NGSI 在数据 链路层仍使 用 CCSDS 建 议 , 对 现有 的多协 议标 签交 换协 议 、 移动 IP 进行了适合空间任务的扩展 。 通过概念研 究 、 部分硬件开 发和仿真 试验 , 提 出了一套 基于 CCSDS 的空间互联网有关建议 。
航天器端是指航天器的通信分系统 , 在主干网
图 5 接入网示意图[ 2] Fig.5 Schematic of access network[ 2]
端指主干网节点上与航天器通信分系统对应的分系 统 , 包括天线 、 收发设备等 。 通过相应的射频设备 可以建立到主干网的节点星的星间链路 , 以使该航 天器连接到主干网 、 地面互联网 , 直至最终用户 。 发生在航天器没有能够和主干网建立联接时的业务 数据 , 由星上服务器临时存储 , 一旦链接建立 , 就 可自动将该数据发送到主干网 。 3.2.3 星 座 或 编 队 飞 行 网 络 (inter-spacecraft networks) 星座或小卫星编队飞行网络指协作飞 行的航天器如星座或卫星编队内用于交换数据的星 间链路构成的网络 , 如图 6 所示 。
2001 年 , 美 国 哥 达德 航 天 中 心 开 展 了 名 为 OMNI (operating mission as nodes on the internet)的研 究项目 , 主要研究利用地面商用 IP 协议实现空间 通信的方案 。OMNI 利 用 IP 网络 、 数据 中继卫 星 (TDRSS)开展了 地面试验 , 并在航天飞机上 进行 了飞行搭载试验 。OMNI 证明了在空间使用地面 IP 协议的可行性 。
美国的星际互联网体系由以下几类要素构成 : 主干网络 、 接入网络 、 星座或编队组 网 、 近 距网 络 , 如图 3 所示 。 3.2.1 主干网 (backbone networks) 主干网是一 个负责信息传输与分发的高速宽带网络 , 主要由数 据中继卫星系统 、 地面测控网 、 地面数据网和深空 网等构成 , 如图 4 所示 。
[ 收稿日期] 2006 -09 -04 ;修回日期 2006 -09 -30 [ 作者简介] 沈荣骏 (1936-), 男 , 安徽合肥市人 , 中国工程院院士 , 总装备部研究员 , 博士生导师