基于空天车地一体化的轨道专用网络技术
浅谈天地一体化信息网络

浅谈天地一体化信息网络作者:薛毅松通信与信息工程学院通信三班 2015010903005摘要:天地一体化网络以其战略性、基础性、带动性和不可替代性的重要意义,成为发达国家国民经济和国家安全的重大基础设施,其所具有的独特位置与地域优势以及特有的信息服务能力,可带动我国新兴产业的发展,形成具有巨大潜力的核心竞争力和民族创造力。
本文着重于大致的介绍天地一体化信息网络的含义与特点、建设天地一体化信息网络的必要性,以及国内外发展现状的对比。
关键字:天地一体化信息网络,卫星1天地一体化信息网络的定义空天地一体化信息网络是由多颗不同轨道上、不同种类、不同性能的卫星形成星座覆盖全球,通过星间、星地链路将地面、海上、空中和深空中的用户、飞行器以及各种通信平台密集联合,以IP为信息承载方式,采用智能高速星上处理、交换和路由技术,面向光学、红外多谱段的信息,按照信息资源的最大有效综合利用原则,进行信息准确获取、快速处理和高效传输的一体化高速宽带大容量信息网络,即天基、空基和陆基一体化综合网络。
2 天地一体化信息网络的特点天地一体化网络的目标是对事件进行全面高效协同的处理。
利用多维信息,协同各个工作模块,增强事件的处理能力;结合空、天、地各类网络和系统各自的优势,实现功能互补,扩大可处理事件的范围;利用空、天、地一体化网络综合信息系统强大的机动性能、广泛的覆盖范围、全局的协作能力和对信息的智能处理能力,实现对事件和任务的高效处理。
天地一体化网络,简称一体化网络,是由通信、侦察、导航、气象等多种功能的异构卫星/卫星网络、深空网络、空间飞行器以及地面有线和无线网络设施组成的,通过星间星地链路将地面、海上、空中和深空中的用户、飞行器以及各种通信平台密集联合。
地面和卫星之间可以根据应用需求建立星间链路,进行数据交换。
它既可以是现有卫星系统的按需集成,也可以是根据需求进行“一体化”设计的结果,具有多功能融合、组成结构动态可变、运行状态复杂、信息交换处理一体化等功能特点。
基于天地一体化网络的航天器高效可靠组网技术

基于天地一体化网络的航天器高效可靠组网技术
李光日;丁凯;王林涛;梁克
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2023(46)6
【摘要】随着地面以太网组网技术的快速发展及广泛应用,空间通信与地面网络融合技术成为未来空间通信发展的必然趋势。
目前,地面测控通信系统已实现基于网络的数据传输,但航天器内部数据传输仍以总线或点对点通信方式为主。
若航天器内部设备之间信息交互采用组网技术,与地面网络实现一体化通信,可统一航天器内部和地面的通信协议,提高天地通信效率。
相比于地面网络环境,航天器天地传输链路具有时延长、带宽有限、双向链路带宽不平衡以及航天器内部电磁环境复杂等特点,直接应用地面组网技术会存在天地一体化网络通信效率低、可靠性差等问题。
为此,文中提出一种空间高效可靠的组网方案,构建以空间以太网交换机、天地网关为核心的航天器网络通信系统,并对地面网络协议进行改进和优化,实现航天器高效可靠的天地一体化网络通信。
【总页数】6页(P105-110)
【作者】李光日;丁凯;王林涛;梁克
【作者单位】北京空间飞行器总体设计部
【正文语种】中文
【中图分类】TN926-34
【相关文献】
1.天地一体化网络中的航天器IP网络设计
2.天地一体化互联网络中航天器网关的设计及实现
3.天地一体化网络中基于令牌的安全高效漫游认证方案
4.空天地海一体化通信与组网技术专题研讨会暨第四届空间通信与组网技术及应用研讨会
5.一种用于近地轨道航天器的天地网络一体化方案
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天地一体化信息网络无线链路安全防护技术探讨

0引言天地一体化信息网络采用“天网地网”架构,由天基骨干网、天基接入网和地基节点网组成,并与地面互联网和移动通信网互联互通,按照“天基组网、天地互联、全球服务”的思路建设,实现天空地多层次协同,实现全球覆盖、随遇接入、按需服务的网络信息服务能力,是国家在信息时代的战略性公共基础设施。
天地一体化信息网络中的天地网络融为一体,这就要求天基网络具有良好的开放性,支持各类服务应用,支持用户无感接入或即插即用。
此外,天基网络的空间及电磁的特殊性易受到攻击和干扰,而其重要战略地位又要保证其具备高安全性。
因此,天基网络安全是整个系统安全防护体系的重要组成部分,对系统的安全运行具有重要意义。
天地一体化信息网络天基网络安全的核心是无线链路安全,涉及到用户接入、节点互联以及移动切换等移动通信场景的安全防护,因此需要针对系统网络架构和无线链路的信道特点,分析无线链路面临的安全威胁,研究复杂时空环境下的无线接入安全、节点互联安全、安全移动切换可信保持等安全防护技术,研究相关安全技术体制和实现方式,提出相关安全技术解决途径,为天地一体化信息网络的安全防护体系提供支撑。
1网络节点及无线链路的特点天地一体化信息网络是跨陆、海、空、天复杂时空环境下的多层信息网络。
无线网络由用户链路、馈电链路、星间链路等多种链路组成,是一个典型的大时空尺度的异构通信网络,它的网络节点及无线链路具有以下特点。
1.1卫星节点暴露且信道开放天地一体化信息系统网络的构建涵盖了天基骨干网(高轨卫星网络)和天基接入网(低轨卫星网络)。
卫星节点直接暴露于空间轨道上,通信信道具有开放性,容易遭受非法截获、欺骗、重放以及干扰等攻击,且威胁复杂多变,及时发现并应对威胁较困难。
1.2网络异构节点种类多天地一体化信息网络的节点包括用户节点(高轨Ka终端、低轨L终端、低轨Ka终端等)、天基骨干节(高轨卫星)、天基接入节点(低轨卫星)和地基节点等多种节点。
不同节点通过不同网域接入天地一体化信息网络的方式和流程存在差异。
天地一体化信息网络关键技术综述

天地一体化信息网络关键技术综述作者:朱晓旭来源:《数码设计》2019年第12期摘要:通过对天地一体化信息网络技术的分析,涉及异构网络间互联互通、数据保密与安全认证、降低干扰提高应急通信质量以及减少时延抖动提高QoS保障,对其国内外专利进行集中梳理,为有效把握技术实质、快速了解技术路线提供支撑。
关键词:天地一体化;异构 ;QoSAbstract: through the analysis of the integration of heaven and earth information network technology, involves the interconnection between heterogeneous networks, data privacy and security authentication, to reduce the interference to improve the quality of emergency communication and reduce the delay jitter is improve QoS guarantee, and its domestic and international patent is to effectively grasp the technical essence, quickly understand technical route.Key words:heaven and earth integration; Heterogeneous; QoS天地一體化信息网络可支持对地观测的高动态、宽带实时传输,同时也可支持深空探测的超远程、大时延可靠传输,是全球范围的研究热点。
1 专利申请总体情况本次专利分析的检索数据包括截止到2019年5月20日公开的专利申请。
天地一体化信息网络技术,2000-2011年处于萌芽期,2012-2015年处于快速成长时期,2016-2018年已逐渐形成成果并大量产出。
基于空地一体化的网络架构与移动核心网部署方法探讨

运营与应用DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2023.04.004基于空地一体化的网络架构与移动核心网部署方法探讨[孙转转 杨敏]针对现有空地一体化的核心网架构存在性能不佳的问题,提出基于空地一体的网络架构与移动核心网部署方法。
该方法针对现有空间部分核心网资源受限的问题,提出轻量级空地融合的核心网架构。
该架构通过将升空平台核心网部分功能向地面核心网下沉以此提升海量数据的处理速度;除此之外,在地面增加远程控制中心以实现基于最小时延的移动核心网部署策略,从而保证业务时延约束的同时降低了数据流建立时延,提升网络的实用性。
孙转转中级工程师,西安邮电大学工程学士,现任职于中电科普天科技股份有限公司,运营商事业部项目负责人。
研究方向为信息通信技术服务,包括核心网技术咨询与规划设计服务、行业应用及解决方案等工作。
杨敏工程师,学士毕业于西安邮电大学,现任职于中电科普天科技股份有限公司,运营商事业部单项负责人。
研究方向为信息通信技术服务,从事技术咨询与规划设计服务、信息化业务支撑服务、行业应用及解决方案制定等工作。
关键词:空地一体化网络架构移动核心网部署最小时延摘要1 引言在全球范围内,如何全方位、无死角提供移动通信服务,在地广人稀、海上环境、边疆、高山等特殊环境提供移动通信服务,保障应急环境下的通信需求已经称为下一代网络发展的关键问题之一[1]。
空地一体化网络通常应用在应急通信领域,作为一种将升空平台(系留气球、飞艇或者无人机)承载移动通信基站和地面基站相组合从而形成新型通信体制。
空地一体化网络因其具备灵活部署、超远覆盖等优势,因而受到了广泛的关注。
然而,如果用户请求数据频繁通过升空平台传送到地面核心网处理,将会带来严重的开销;除此以外,由于升空平台所挂载的基站具有移动性,而地面基站则相对固定,因此,如果不对空地基站进行集中管控,将会对用户的接入和数据处理带来较大的时延。
尽管已有很多关于空地一体化核心网设计[2,3]以及边缘计算技术[4,5]相关的研究,但是上述研究在空地网络一体的核心网设计和任务卸载方面研究还是不够全面。
卫星互联网+5G网络 加速打造空天地一体化通信

地时期。可以预见,未来,卫星互联网 医疗、教育、能源等传统行业加速融合, 高速泛在的空天地一体化通信网络。
可 以 通 过 卫星 把 网
络 搬 上太空,并将
网络覆盖到天地的
各 个角落,实现 真
正的“全球互联”。在地面网络方面, 随 着 5G 商 用
进程 加 速,逐步 开
启了万物互联 全 新
时代,海量 的连 接
CIVIL-MILITARY INTEGRATION ON CYBERSPACE
网信军民融合
卫星互联网+5G网络 加速打造空天地一体化通信
◎◎本刊特约观察员 李甄情
当前,全球卫星互联网产业发展逐 术路线图》,提出要大力推进新一代航 自动驾驶、工业互联网、智慧交通、智
渐进入快车道,我国也进入密集部署期。 空宽带通信的应用,建设公用、专用相 慧医疗、智慧教育等各类创新应用将取
内首架高速卫星互联网飞机—青岛航空 等新技术的深度融合,实现“出行一张 数字转型、智能升级、融合创新支撑,
QW9771 航 班 完 成 首航,飞 机 在 万米 脸、物流一张单、通关一次检、运行一 布局建设信息基础设 施、融合基础设
空中可以实现百兆以上的高速率联网。 张网、监管一平台”,让旅客出行更便 施、 创 新基 础 设 施 等 新 型 基 础 设 施,
2021 年 4 月,中国卫星网络集团有限公 捷、客舱体验更智能。在全球数字化加 建设高速泛在、天地一体、集成互联的
司(简称星网集团)挂牌成立,标志着 剧的大背景下,5G 通信成为促 进产业 信息基础设 施。未 来,卫星互联网融
我国卫星互联网产业建设进 入加速落 数字化转型的关键,通过与工业、交通、 合 5G 网络,将快速构建一张更加强大、
2020 年 4 月,国家发改委首次明确 将 结合的民航 5G 网络,赋能“智慧民航”, 得显著成效,推动社会实现网络化、智
空天地一体化的军民航通信话务组网技术研究

空天地一体化的军民航通信话务组网技术研究摘要: 军民航的话务网络类型颇多。
这些网络在实际运行中各自为政,通信协议和设备接口也不尽相同。
本文讨论的核心是如何通过当今通信业前沿网络技术,以及优秀的结构、自定义的通信协议等手段,建设能够使多平台、多制式异构平台间的话音互联互通,并能保证安全性、实时性、稳定性的空天地一体化网络的技术方案。
关键词: 空天地通信、军民航话务网、全交换网络、双网并行、RealLan交换协议Abstract: the JunMinHang communications network type quite a lot. These networks in the actual operation of the fragmented, and communication protocol and device interface are also different. This paper discusses how to use the core of the telecommunication industry advanced network technology, and the fine structure, from the definition of the communication protocol means, construction can make more platform, more heterogeneous type platform of the interchange between voice, and can guarantee the safety, real-time, and stability of the empty integrated network technique scheme of heaven and earth.Keywords: empty heaven and earth, JunMinHang telephone communication network, the exchange network, and double nets parallel, RealLan exchange agreement概述随着我国民航业的持续快速发展和新时期军队军事训练指导思想的转变,军民航对相互交流与协同决策提出了更高的要求要求,组建一个语音共享网络,将成为军民航协调工作的必然趋势。
基于卫星通信的“天-空-地一体化物联网”应用研究

信息通信INFORMATION&COMMUNICATIONS2020 (Sum.No215)2020年第11期(总第215期)基于卫星通信的“天一空一地一体化物联网”应用研究闫复利(上海航天电子有限公司,上海201821)摘要:物联网受限于地面网络覆盖,网络未覆盖对人烟稀少以及无人活动地区、海洋、沙漠、深山、南北极等物联网无能为力。
为了实现物联网延伸到全球、天空、太空,融合天基、地基、公网、专网、短距离通信、有线网、无线网等通信网络,融合蓝牙、WIFI、Zigbee、sublG、LoRa、NB-IoT、eMTC、sigfox等通信技术,提出了构建“天一空一地一体化物联网”。
它可以融合未来的6G通信技术,融合未来通信技术与网络,实现物联网持续完善与延伸。
关键词:物联网;卫星通信网;公网;专网;融合网络中图分类号:TN915文献标识码:B文章编号:1673-1131(2020)11-0017-03知plication Research of"Space^4ir-Eardi Cmver^d Internet o f T hii^s"Based on Satellite CommunicationYan Fuli(Shanghai Aerospace Electronics Co.,Ltd.Shanghai201821)Abstract:The Internet of Things is limited by the coverage of the ground network.The sparsely populated areas and the unconnected areas,oceans,deserts,deep mountains,north and south poles,etc.cannot help.In order to realize the extension of t he Internet ofThings to the earth,sk^and space,it converges space-based,ground-based,public network,private network,short-range communication,wired network,wireless network and other communication networks,and converges Bluetooth,WIFI, Zigbee,sublG,LoRa,NB-IoT,eMTC,sigfbx and other communication technologies to build a"Space-Air-Earth Converaged IoT".The"Space-Air-Earth Converaged Internet of Things*'can integrate future6G communication technologies and future communication technologies and networks to achieve continuous improvement and extension of the Internet ofThings.Key Words:IoT;Public Satellite Communication Network;Network;Private Network;Converged network0引言物联网(Internet ofThings,IOT)是物与物互相通信的互联网。
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基于空天车地信息一体化的轨道专用网络技术
1、研究空天车地立体环境下的信号传输机理,突破空间大范围、长距离宽带通信技术(1)研究空、天、车、地立体环境下的传输机制和传输原理,确定适合轨道交通安全保障的专用网络架构。
(2)研究不同通信基站的大范围、长距离通信技术,实现一体化专用网络的高覆盖、大带宽及分层通信。
(3)研究专用网络内卫星、平流层飞艇、无人机、列车及地面基站间的通信方式,确定高可靠通信协议与通信制式。
(4)研究专网在不同应用场景下,通过对组网方式、传输协议等软硬件技术综合优化传输性能,有效提高专网信息传输的稳定性、鲁棒性及使用寿命等。
大家可以看见每个任务下可能有若干个小技术点,用(1)、(2)……标明。
每个小技术点按照“大致分析每个内容中的技术难点,然后看看现有解决技术手段有哪些?株洲所是否具备技术基础、是否能对该问题进行研究或解决?株洲所不具备的话哪些公司过高校可能具备?”的思路,写个两三百字即可。
任务紧急,麻烦大家按照规定的时间提交,谢谢,记得解密!
研究空天车地立体环境下的信号传输机理,突破空间大范围、长距离宽带通信技术;
1、研究空天车地立体环境下的信号传输机理,突破空间大范围、长距离宽带通信技术
技术难点:
天地一体化存在多个问题:
A,拓扑结果是动态变化的;链路误码率高、链路切换不可预知、路由时间有限、链路传输时延长;
B,网络存在物理环路:子网是网状结构、星座间存在着多路径传输的问题、存在物理环路;C,计算能力有限:需要宇航级的芯片处理能力、处理能力有限、存储能力有限;
D,间距较远,易受干扰:上下不对称、传输时延大、易受外界干扰、安全威胁和攻击大。
对于网络协议体系,是采用IP交换还是采用其他的交换方式,不仅要考虑现有的系统,更重要的是要兼顾未来的发展,传输协议,路由协议和接入机制都要进行有针对性的设计和开发。
目前,天地一体化网络路由协议正处于“百家争鸣”阶段,普适性较差;现有传输协议主要面向深空段、空间段或邻近空间段的星际间或星地间通信。
针对未来大量用户的按需接入机制还没有一个完整的解决方案。
安全问题同样重要。
“从网络的物理层到应用层,天地一体化网络都存在安全隐患,并呈现出与地面网络不同的安全特征,信息安全保障的任务艰巨。
”刘立祥对记者说,天地一体化网络的无线传输特性、复杂组网结构、软硬件设计和实现缺陷、空间环境恶劣等特点,使得它更容易受到窃听、假冒、信息重放、物理损伤等手段的攻击和破坏。
此外,由于地面设备、卫星和其他航天航空设备距离较远,相互之间通信时延较大,通信链路也容易受到来自外界的干扰(如宇宙射线、电磁信号等),可能会加大信号传输中的错误率。
光通信技术的发展,为综合传送各种业务信息提供了必要的带宽和传输质量
1)、需要研究空、天、车、地立体环境下的传输机制和传输原理,确定采用何种适合轨道交通安全保障的专用网络架构;
现有的技术手段:现有的技术手段是,这个是重点,我需要在这个方面重点调研一下,比如采用****传输方法,导致****;
第二:这是基础、、研究,株洲所在基础研究上面非常薄弱,以前就没有专门的研究过。
只是拿来进行实践。
所以最好说不行,否则谁来搞?
株洲所在这个方面技术储备非常少,正在起步和积累阶段,如果投入足够的人力和资源,可以对该问题进行研究和解决。
株洲所不具备的,航天科技有限公司具备该项基础,此为基础技术研究,需要长时积累,我司可以通过发挥我们的专长:网络控制方法,列车实时传输协议等方案,推荐与第三方机构进行合作。
可以合作的单位有:
一:中国航天科技集团公司第五研究院第五O三研究所(航天恒星科技有限公司),其已经建立天地一体化信息技术国家重点实验室;
二:北京航空航天大学电子信息工程学院
现有技术:
我国天地一体化天基与地基信息网络
1.天地一体化天基与地基通信网络
天地一体化天基与地基通信网络即天地一体化卫星通信网与地面通信网。
卫星通信网与地面通信网一体化即为彼此综合或融合,它是通信网的重要发展方向,其典型综合示例如图4所示。
国际电联(ITU)对移动卫星通信业务与地面移动通信业务IMT—2000(International
Mobile Telecommunication-2000)的综合,根据卫星系统与地面系统之间实现综合的程度不同,把综合划分为五个层次:第一层为地理综合;第二层为业务综合;第三层为网络综合;第四层为设备综合;第五层为系统综合。
图4 卫星通信网与地面通信网综合示意图
卫星通信网与地面通信网综合,促使天地一体化通信网发展。
随着卫星固定业务、卫星移动业务、卫星广播业务三种业务融合,地面电信网、互联网和有线电视网三网融合,各种卫星通信网与各种地面通信网互联互通,各个国家之间通信网互联互通,未来的通信网,将是一
个包括地下的光缆,地面的微波中继和蜂窝移动通信,低轨道、中轨道以及静止轨道的通信卫星系统组成的服务于全球的综合通信网。
它们之间既可以单独组成通信系统,又可以在不同系统间互联互通,最后构成全球无缝覆盖的天地一体化的海、陆、空、天共用的能够提供各种带宽和多种业务的全球综合通信网。
2.天地一体化天基与地基遥感网络
包含天、空、地的各种平台和各种遥感传感器资源的融合构想示例见图5。
此图是天、空、地一体化的地球空间信息智能传感器网络(Geoinfo-Sensor-Web, GSW)。
智能传感器是具有信息处理、环境适应和自我修复功能的传感器,可采集、处理、交换信息,并自动恢复受环境影响而降低了的感知性能。
智能传感器一般与微处理器和无线发送装置集于一体,称作无线网络传感器节点。
节点一般置于观测对象的附近,或与观测对象直接接触,甚至埋于感兴趣观测对象当中。
图5 地球空间信息智能传感器网络架构
GSW的天、空、地协同式骨干网络包括5层感知网络平台:①太空平台,由遥感卫星和卫星地面接收站组成,卫星含各种光学、微波、红外的对地影像获取传感器或重力、磁力、大气、电离层的传感器;②高空平台,由平流层气球组成,含所需的光学、微波、红外等传感器载荷和定位及通信装置;③中空平台,由载人航空摄影测量和航空大地测量设备组成,含通信装置和时空、姿态传感器;④低空平台,由无人机装载的摄影测量、工程测量和大地测量设备组成,也含通信设备和时空、姿态传感器;⑤地基平台,由CORS(Continuously Operating Reference Stations)网与各种专业的智能传感网以及地面
地理域情智能传感网组成,近地或就地感知地理域情信息,它是地球空间信息智能传感网的地基基础设施。
上述每一种传感网络平台都有自己的智能化数据处理中心,这些处理中心实现互联、互通、共享互操作,向用户提供“所要即所得”的服务。
其次是光通信技术的发展,为综合传送各种业务信息提供了必要的带宽和传输质量;最后最重要的是TCP/IP协议的普遍采用,使得以IP 为基础的业务都能在不同的网上实现互通。
于是,形成了以宽带IP网络即互联网为基础三大网络融合。
本文以保障数据可靠传输为前提,以大范围持续性中继通信为应用,针对空天信息网络的特点和信息传输需求,在网络层面进行数据传输策略的研究。
重点针对网络正常运行时的数据可靠转发和网络资源优化,以及突发状况时的网络维护等问题设计相应策略,为空天信息网络实现可靠、高效的数据传输提供解决方案。
本文的主要工作和贡献包括以下几个方面:
(1)为保障空天信息网络数据的可靠转发,针对网络高动态特点,设计了空天信息网络的总体路由策略。
本文根据网络中各类节点的特点建立了空天信息网络的体系结构模型,明确了数据传输过程中各类节点的功能和任务,并对网络特点进行了详细分析。
针对空天信息网络的特点,确定了总体路由机制。
在此基础上针对网络拓扑的动态变化,尤其是高动态用户的位置变化,提出了路由转发策略。
在路由转发策略中,通过网络地址和包头的设计以及用户位置查询方法,实现用户高速移动情况下路由的快速建立,并通过路由维护策略保证用户频繁切换时数据转发的可靠性,为高动态环境下的数据转发提供了总体的技术框架。
(2)为实现对业务需求的保障和网络资源的优化利用,对网络路由协议进行了优化设计。
本文在分析网络业务类型和网络资源的基础上,提出了跨层资源优化模型,明确了网络各层协议的协作和信息共享方式。
然后针对网络资源受限、网络状态动态变化和业务多样等特点提出了基于跨层资源优化的QoS路由协议。
该协议设计了网络状态信息库、各类业务的路由协议优化模型以及计算优化路径所需的路由算法,根据应用层提供的业务类型、QoS需求以及应用层、链路层共同提供的网络状态信息进行路由的优化。
在数据可靠转发的基础上,提高了数据传输效率。
(3)为提高TCP业务的传输效率,优化利用瓶颈链路资源,对TCP拥塞控制方法进行了优化。
本文结合TCP原理和空天信息网络特点,对TCP协议在空天信息网络中所面临的问题进行了深入研究。
针对网络动态性高、误码率高、延时大、多跳传输、业务多样等特点,提出了基于跨层资源优化的TCP拥塞控制方法。
通过快速拥塞通知机制实现源节点对网络拥塞的及时感知和对丢包原因的正确判断;通过面向业务的拥塞控制机制,在网络发生拥塞时将瓶颈链路的资源更多地分配给高优先级的业务,从而综合解决了TCP协议在空天信息网络中遇到的问题。