软件定义天地一体化信息网络体系架构研究
软件定义天地一体化信息网络体系架构研究 牛长喜 李春林 谢小赋 王宏 王邦礼 中国电子科技集团公司第三十研究所，成都，610054 摘要：天地一体化信息网络要求具备灵活、快速组网与安全可控等突出特征，如何设计具有这些特征的天地一体化信息网络是当前的研究热点。本文提出运用软件定义网络（SDN）技术解决上述问题，分析了SDN在天地一体化信息网络的应用优势，提出基于OpenFlow的软件定义天地一体化信息网络体系架构。基于此体系架构，提出一种典型应用场景：天地一体化侦察情报系统，提出软件定义天地一体化信息网络能够满足“大数据”应用对于网络服务提出的更高要求。 关键词：天地一体化信息网络 软件定义网络 大数据 网络服务 1 引言 天地一体化信息网络[1]由多种卫星星座、飞行器及地面设施互联而成，实现侦察监视、导弹预警、导航定位、通信指挥、空间防御与对抗等功能的一体化，具有自主的信息获取、存储、处理及分发能力，将空中、地面资源紧密集成并协同运作，实现信息的多元立体共享，从而提高信息系统的整体运行效能。 世界主要航天大国均已开展了天地一体化信息网络的体系架构和相关技术的研究，并取得了一定的研究成果，推动了天地一体化信息网络各个领域研究工作的不断进步。目前，美国、欧洲等发达国家已经完成了概念研究，并进行了系统仿真、地面试验及飞行搭载试验，提出了一系列的标准或建议书。 近年来，我国地面网络设施建设取得的成绩有目共睹，这为天地一体化信息网络地面段建设提供了基础。但是，我国在天空段的网络建设严重滞后。随着我国航天技术的发展，加之我国载人航天、空间站、深空探测等空间活动日益频繁，各种航天器种类和数量也在迅速增加，卫星与地面、卫星与卫星之间的通信组网要求越来越迫切。目前我国在轨运行卫星大都只提供通信信道，星上不具有信息交换功能，信息只能通过地面接收站处理后再重新上星才能实现星间、星际之间的信息交换。这些都严重制约着天地一体化信息网络对灵活、快速组网要求的实现。 近年来，通过相关领域科研组织和科技工作者的不懈努力，在空间组网技术领域取得了较大的发展，提出了星上ATM、IP交换，星间激光通信等一系列技术和星上以太网、星上互联网等新概念，对推动星间、星际通信组网奠定了一定的技术基础，也为卫星空间组网提出了一些新的思路。但这些关键技术的突破，在很大程度上只解决了卫星空间组网通信问题，其组网的灵活性和快速性，以及其安全可控性都还亟待提升。 目前，逐渐兴起的软件定义网络（Software-Defined Networking 简称SDN）[2]成为了网络技术全球研究热点。SDN是业界广泛认可的一种新型网络架构，具有比传统网络更易集中管控、灵活组网、安全可控等技术特点，已经在数据中心网络、企业网、广域网和移动网络中得到了广泛应用，在减轻网络管理的复杂度，提高组网灵活性，提升网络集中管控力度和安全可控等方面发挥了重要作用。本文将SDN技术在天地一体化信息网络中加以应用，提出软件定义天地一体化信息网络体系
架构，试图以此技术途径解决天地一体化信息网络面临的一些问题。 另外，基于所提的软件定义天地一体化信息网络体系架构，本文进一步提出一种天地一体化信息网络的典型应用场景：天地一体化侦察情报系统。针对天地一体化侦察情报系统中侦察情报数据所呈现出的“大数据”特征，重点分析了“大数据”应用对网络服务提出的要求，并且提出软件定义天地一体化信息网络能够满足“大数据”应用对于网络服务提出的更高要求。 2 软件定义天地一体化信息网络体系架构 本节将SDN技术在天地一体化信息网络中加以应用，提出软件定义天地一体化信息网络体系架构。首先对SDN技术进行简介，然后分析SDN在天地一体化信息网络中的应用优势，最后提出软件定义天地一体化信息网络体系架构。 2.1 SDN技术简介 SDN技术是处于高速发展中的网络技术。其核心理念是使网络充分开放，使得网络能够像软件一样灵活。 传统网络由复杂的交换机、路由器以及其它设备组成，网络控制平面与数据平面紧密耦合，在同一设备中集中实现，网络控制平面分布在所有的网络设备中，这些网络设备使用封闭、专有的内部接口，运行大量的分布式协议。在这种封闭网络环境中，网络创新十分缓慢和困难，使得网络不灵活，难以根据应用对网络的不同需求对网络做出快速的、动态的、定制化的、优化的改变。 SDN技术就是针对传统网络封闭的缺点提出的一种创新技术。图1描述了SDN体系架构的逻辑视图。 图1 SDN体系架构
SDN的基本组成要素包括： z SDN控制器，如图1中所示的控制层。它将传统网络中分布在全网设备中实现的网络控制平面集中起来实现，使得网络设备不再实现控制平面的功能，网络设备只实现数据平面的功能。它是SDN架构的核心，是基于软件的控制器，负责维护全局网络视图，向上层应用提供用于实现网络服务的可编程接口（通常称为“北向接口”）。SDN控制器根据上层应用的需求，在全局网络视图上计算出具体的网络配置指令，下发给网络设备执行，从而满足上层应用对网络的需求。 z 控制应用程序，如图1中所示的应用层。控制应用程序利用SDN控制器提供的应用编程接口，在SDN控制器提供的全局网络视图上，灵活地实现多种网络控制应用，如路由、多播、安全、接入控制、带宽管理、流量工程、服务质量等。 z 网络设备，如图1中所示的基础设施层。SDN中的网络设备具有与SDN控制器的接口，通常称为“南向接口”。SDN控制器通过利用网络设备提供的网络信息构建全局网络视图，并且通过“南向接口”直接控制网络设备。网络设备仅仅在SDN控制器的直接控制下完成数据转发操作。 由此可知SDN的基本特征： z 控制平面与数据平面分离。网络数据平面由受控转发的网络设备组成，转发方式以及业务逻辑均由运行在独立于网络设备的SDN控制器上的控制应用所控制。 z 控制平面与数据平面之间的开放接口。SDN为控制平面提供开放的网络操作接口，也称为可编程接口。通过开放接口，控制应用只需要关注自身逻辑，而不需要关注底层更多的实现细节。 z 逻辑上的集中控制。逻辑上集中的控制平面可以控制多个数据平面设备，可以控制整个物理网络，因而可以获得全局的网络状态视图，并可以根据该全局网络状态视图实现对网络的优化控制。 网络控制平面与网络数据平面之间的接口是SDN体系架构中的关键组成要素。OpenFlow [2]作为SDN架构中控制平面与数据平面之间接口定义的第一个实例，其在提出的初期就受到业界的广泛关注。当前，业界普遍选择OpenFlow作为SDN中控制平面与数据平面之间的接口，并围绕其建立了一系列的控制器、控制应用以及网络设备等。 OpenFlow的成功与其简单高效的特点密不可分。OpenFlow架构十分简洁，如图2所示，OpenFlow交换机由内部转发流表以及用来与外部控制器进行通信的安全通道组成。为了使远端的控制应用能够对数据平面的网络设备进行编程，OpenFlow协议指定了一系列基本操作。通过OpenFlow，SDN控制应用可以直接访问并操控数据平面中的网络设备，OpenFlow交换机则使用流表流水线来进行数据包匹配与数据包转发。
图2 OpenFlow架构 如图3所示，OpenFlow交换机中的每个流表中含有多条流表项，每条流表项由匹配域、优先级、统计域以及一系列的转发指令组成。控制器可以利用OpenFlow协议对这些流表项进行添加、删除或者修改操作，当数据包匹配到某个流表项时，该表项对应的指令集合将被触发。OpenFlow支持最基本的动作，包括转发、丢弃、群组操作、入队以及加/去标签等。 图3 OpenFlow流表示例
OpenFlow通过对网络中“流”的控制来达到对网络进行灵活控制的目的。OpenFlow中对“流”的定义十分灵活，这也就使得能够对网络进行更灵活的控制。例如，在需要进行细粒度控制的网络场景中，可以逐流建立流表项并通过逐流的精确匹配实现对网络的精确控制；在流量较大的网络环境中，可以使用通配流表来对汇聚流进行转发，降低流表项数目对转发节点内存空间的冲击。另外，控制平面建立流表项的方式也十分灵活。控制平面既可以被动地建立流表项，由新流来触发流表项的建立，也可以主动地建立流表，提前对转发设备的转发行为进行配置，从而提高转发效率。OpenFlow细粒度的，基于流的转发能力，使得网络控制变得十分灵活，使其能够实时地对网络应用、用户、会话的需求做出不同的响应。 2.2 SDN在天地一体化信息网络中的应用优势 SDN技术应用于天地一体化信息网络设计与建设中，能够带来如下优势： z 设备简单。SDN中的网络设备仅仅实现网络数据平面功能，复杂的网络控制平面功能交由SDN控制器实现，网络设备变得简单，易于实现与维护。网络设备简单化在天地一体化信息网络中尤为重要，能够带来易于上星、便于维护、成本降低等优势。 z 设备互通。SDN中的网络设备只要具备与SDN控制器的标准接口，如OpenFlow接口，就可以在SDN控制器的统一控制下组网。在天地一体化信息网络中，多种类型的网络设备能够方便互通，共同组网，网络规模可动态扩展。 z 集中管控。SDN中的网络控制平面功能由SDN控制器实现，在逻辑的集中点上对全网进行集中管控。在天地一体化信息网络中，能够带来对网络统一管理、统一控制等优势。 z 安全增强。SDN中的SDN控制器维护全网视图，能够基于全网视图进行网络安全技术的布置，带来增强的、全局的网络安全能力。在天地一体化信息网络中，基于SDN控制器提供的能力与接口，能够便于开发适配天地一体化通信特性的安全增强能力。 z 灵活控制。SDN中对网络的控制通过对网络中“流”的控制进行。通过对网络中“流”的灵活定义，可以实现多种粒度上的网络控制能力。在天地一体化信息网络中，通过灵活定义适配天地一体化通信特性的“流”，为天地一体化信息网络带来灵活控制的优势。 z 快速响应。基于SDN控制器提供的能力与接口，针对不同任务对天地一体化信息网络的动态需求，如多样的动态路由需求，自动地对天地一体化信息网络进行快速配置，达到快速响应的目的。在天地一体化信息网络中，根据动态快速组网需求，基于SDN提供的能力，能够带来快速组网的优势。 2.3 软件定义天地一体化信息网络体系架构 软件定义天地一体化信息网络架构在上述SDN基本体系架构定义的框架基础之上进行定义，除提供标准化的OpenFlow协议外，还特别地针对卫星通信的高时延、低带宽等通信特点，设计专门的远程通信协议（Remote IPC）。通过应用独立自主技术改进SSL协议，以驱动OpenFlow协议的正常工作，提供独立自主的安全加固的控制协议。 该体系架构主要以OpenFlow协议标准为核心，对部署了OpenFlow协议标准接口代理的卫星组成的卫星网络以及支持OpenFlow协议标准的地面网络进行统一地集中控制，并为上层应用提供灵活的开发接口，使得上层应用可以对天地一体化信息网络中的星上路由交换、星地路由交换、星间
流量分配、网络安全接入等操作进行多粒度的控制。除此之外，利用软件定义天地一体化信息网络提供的可编程能力，还可在快速适应卫星网络需求变化方面发挥重要作用，一旦卫星通信或组网需求发生变化，借助SDN网络的可编程能力，在地面控制器上通过软件自动向卫星发送指令，调整卫星通信模式，即可自动、动态地适应新的通信需求。 图4所示的软件定义天地一体化信息网络体系架构中，控制器是整个一体化网络的关键所在，由它负责维护整个天地一体化信息网络的视图，包括卫星网络与地面网络的拓扑数据、流量数据等信息，借助于运行在控制器上的控制应用程序，可以直接通过控制器从星地链路向卫星网络发送指令，实现卫星网络的快速组网，并能够安全地控制对网络的访问行为。同时，利用控制器提供的应用编程接口，网络人员能够灵活地编写多种天地一体化信息网络控制应用，如路由、多播、安全、接入控制、带宽管理、流量工程、服务质量等。基于这类控制应用提供的服务，为基于天地一体化信息网络的大数据应用、管理监控及其它应用提供高质量服务保障。 图4 软件定义天地一体化信息网络体系架构 软件定义天地一体化信息网络工作原理如下： a) 卫星网络（通过地面接收站）、地面网络向SDN控制器系统上报网络拓扑数据、流量数据； b) SDN控制器系统形成软件定义天地一体化信息网络的全网视图； c) 大数据应用、管理监控等应用向SDN控制器系统上报对于网络服务的需求，如QoS需求、通信加密需求、多路径路由需求等； d) SDN控制器系统根据应用对网络服务的需求，在其所维护的全网视图上计算出能够满足应用需求的网络配置指令；
信息化网络架构与技术
信息化网络架构与技术
信息网络作为未来推动各行各业数字化、移动化、网络化、智能化发展的普适性基础设施，将以极强的渗透性和带动性，极大地加快全球社会的转型与创新发展。针对信息网络，本文首先介绍了其概念、发展历程以及发展趋势，然后对网络架构、传输技术、链路预算、网络技术、管理控制技术、空间节点技术、信关站技术以及工程保障等方面的内容进行了深入的介绍。
关键词：信息化；网络架构；技术
As a universal infrastructure that promotes the digital, mobile,
networked and intelligent development of all walks of life in the
future, the information network will greatly accelerate the
transformation and innovative development of the global society with
strong penetration and driving force. For information network, this
book first introduces its concept, development history and development
trend, and then discusses network architecture, transmission
technology, link budget, network technology, management and control
technology, space node technology, gateway station technology, and
engineering support. The content is described in depth.
浅谈天地一体化信息网络发展
333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。2.国外发展现状。近年来，国外类似的天地一体化信息网络项目主要包括 NASA 的空间通信与导航计划(SCaN)，美军的转型通信架构(TCA)，欧洲全球通信一体化空间架构(ISICOM) 和国际海事卫星(INMARSAT) 的BGAN SB-SAT 等。NASA SCaN 计划的主要目标是向 NASA和其他外部机构提供能够保障航天任务成功的一体化的空间通信、导航与数据系统服务。美国国防部于2002年提出了转型通信架构(TCA)，其目标是适应美军的转型通信需求，打破通信瓶颈;提供用户之间进行安全、高速通信的体系结构;并无缝集成国防部、NASA 和情报机构的空间和地面系统。其工作重点是天基网络及其与地面网络的集成，并由此产生一个完整的、无处不在的基于 IP 的全球网络。欧盟欧洲技术平台“一体化卫星通信计划”(ISI)在 2007年末提出了全球通信一体化空间架构(ISICOM)的概念。ISICOM工作组一直在开展具体战略研究工作，明确在欧盟 Horizontal 2020 和欧空局(ESA)工作计划中必须完成的研发工作，其目标是建立一个基于IP的独立的通信网络，结合微波和激光链路实现大容量空间信息网络。ISICOM 同样由天基网络和地面网络两部分组成。INMARSAT是目前国际最重要的商用卫星移动通信运营商，其4代卫星实现的宽带全球网(BGAN)业务能够为终端提供全球范围内的 IP互联网接入。基于BGAN 业务，INMARSAT可为低轨(LEO)卫星提供 SB-SAT通信模块，安装此模块后LEO卫星可实现最高432kbps的接入速率，并利用INMARSAT地面关口站网络实现近实时的天基信息回传。除了类似的规划较为完整的天地一体化信息网络，受新技术的发展，目前在商业领域出现了一些新的发展趋势。首先是低成本火箭发射技术的推动，其中的代表是美国 Space X公司，其Falcon 系列火箭单次发射费用已降低到4500万美元，低于我国长征系列火箭，而龙货运飞船的单次发射成本仅1.3亿美元。尽管载荷能力、在轨时间有限，但由于研制成本低廉，公斤级Cube-sat卫星已大量应用于各类科学试验与在轨验证任务。正是由于发射成本和制造成本的大幅下降，利用微小卫星多星组网方式实现的针对具体需求的天地一体化信息网络正不断涌现。这些公司并不把自己看作是卫星公司，因为卫星对于他们并不是最终产品，而只是获取所需的空间大数据的手段。三、需要解决的几个问题 1.天地网络协调发展。在天地一体化信息网络的建设过程中，天地两个网络的建设规划需要综合考虑、协调发展。受技术水平、政策法规等因素的影响，天基网络的发展要滞后于地面网络，因此需做好天地一体化信息网络的顶层规划，从技术发展、政策支持、资金投入等方面促进天基网络的建设。 2.系统运营。天地一体化信息网络作为国家的基础信息设施，在系统运营上应采用集中与分级相结合的统一管理机制。一方面，技术上要实现天网和地网资源的融合，具备统一、快捷的资源调度机制，可根据任务保障需求，在天网、地网之间灵活调配资源，协同完成任务保障；另一方面，系统运营不能完全从商业角度考虑，需要兼顾公益性和商业性，尤其要考虑到天基网络的特殊性，需国家政策及资金上的扶持。 3.开放与安全。在天地一体化信息网络中，天地网络是一体的，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。因此，天地一体化信息网络在设计及建设初期就要将网络及电磁空间安全问题放在首要位置，采用防无线注入的空中接口设计、自主协议增强、可信可控交换路由、分级分布星地密码广域部署等技术措施，有效解决网络开放性与安全性的冲突问题。 4.军民结合。天地一体化信息网络是一个覆盖全球的信息基础设施，是一个兼顾军民两用的信息网络，在建设中要充分考虑到军民用户不同的信息保障需求，如设置多级别的信息安全保密等级，以满足军用及特殊用户的信息安全要求;为高机动用户设置快捷波束，支持其运动过程中的高速数据传输等。四、结语 当前，我国的信息化建设正处于一个关键的发展时期，面临着三网融合、下一代互联网过渡、4G/5G移动技术发展、赛博空间安全等诸多变革。在此之际，我们应抓住国家经济快速发展、国际地位巩固提升的历史机遇，借助我国航天技术发展的巨大推动作用，促进天基网络的快速发展，尽快建设一个与我国国际地位相符的全球信息基础设施。参考文献 ：[1]沈荣骏. 我国天地一体化航天互联网构想[J]. 中国工程科学, 2006, 8(10):19-30.[2]胡源, 姜会林, 丁莹,等. 天地一体化信息网络国外发展现状与趋势[C]// 全国通信与信息技术学术年会. 2013.[3]刘显著, 丁莹, 胡源,等. 天地一体化信息网络的几点思考与建议[C]// 全国通信与信息技术学术年会. 2013.[4]张乃通, 赵康僆, 刘功亮. 对建设我国“天地一体化信息网络”的思考[J]. 中国电子科学研究院学报, 2015, 10(3):223-230.[5]姜会林, 刘显著, 胡源,等. 天地一体化信息网络的几个关键问题
天地一体化信息技术国家重点实验室
天地一体化信息技术国家重点实验室
2015年度开放基金指南
天地一体化信息技术国家重点实验室
二○一五年十一月1
一、简介
中国航天科技集团公司第五研究院第五〇三研究所天地一体化信息技术国家重点实验室是我国军工集团公司首批科技部企业国家重点实验室。实验室面向我国未来空间基础设施天地一体化运行服务的新手段、新途径、新模式和新装备，开展应用基础理论研究和前沿技术研发，重点研究天地一体化信息系统与仿真、天基信息高精度处理与融合、下一代时空基准体系等影响天基信息系统应用效能提升的瓶颈问题，力争成为在天地一体化信息技术领域有重要国际影响，为国家航天产业和信息产业技术进步作出重要贡献的国家重点实验室，并致力于培养相关领域的高级专业人才。
二、开放研究基金指南制定的原则
为促进天地一体化信息技术领域内新理论、新思想和新技术、新方法的发展,加强国内外学术思想与人才的交流，本实验室特设立开放基金，资助有关人员来本实验室从事天地一体化信息技术领域的基础理论研究和应用基础研究。
本基金指南的制定主要考虑以下原则：
1、根据我国天地一体化信息技术的发展战略，着眼于国民经济建设的当前和长远的需要，跟踪国际学科发展前沿；
2、鼓励具有开拓性、超前性、创造性和较高层次的理论和技术的研究及具有重大应用前景的项目； 2
3、利于促进多学科的交叉渗透和多部门的联合攻关，有利于建立和发展国际合作的新格局，有利于人才的培养和学科的发展；
4、鼓励和支持从事天地一体化信息技术领域的青年科技工作者，尤其是青年教师、博士后及海外留学人员申请本实验室开放基金；
5、设立重点资助项目,要求申请者和课题组成员来室与本实验室科研人员协同工作。
6、基金指南作为申请基金项目的主要依据，同时也可按照各领域最新发展需要，申请指南中未包括的创新项目。本指南研究方向仅作为本次拟资助项目的技术领域方向,所申报项目的题目名称自拟。
二、2015年度资助研究方向
天地一体化信息网络协议体系与传输性能简析
龙源期刊网
天地一体化信息网络协议体系与传输性能简析
作者：杨冠男 李文峰 张兴敢
来源：《中兴通讯技术》2016年第04期
摘要：对于中国天地一体化信息网络（ISTIN）的构建，针对可能采用的两种网络协议体系，即传输控制协议（TCP）/IP和容迟容断网络（DTN），以3颗地球静止轨道（GEO）卫星组成天基骨干网络为例，分析了3种基本传输场景下的主要挑战，通过计算机半实物仿真开展了协议传输性能的测试。试验结果表明：尽管DTN协议与TCP-Hybla改进协议能够获得较好的传输性能，由于时延与误码率（BER）等参数存在较大的动态范围，没有一种协议能够在所有传输场景下保持传输性能始终最优。天地一体化信息网络协议体系的性能仍有待进一步提高。
关键词：ISTIN；协议；传输性能
中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1009-6868 （2016） 04-0039-007
天地一体化信息网络是中国国防信息化和信息化社会建设的重要基础设施。天地一体化信息网络中的“天”是指由卫星等航天器作为主要节点组成的天基网络，而“地”主要指由地面站网络、卫星应用专网、互联网以及各类地面用户等共同组成的地球表面网络。通过网络架构与协议体系层面的设计，屏蔽天、地各类系统在技术体制层面的差异，为用户提供跨系统的、无需区分天地的各种服务与应用，实现一体化信息获取、共享与利用是未来天地一体化信息网络发展的主要目标[1]。
根据是否采用星间链路，我们可以将天地一体化信息网络分为：
（1）天星地网。典型系统如国际海事卫星（Inmarsat）的宽带全球网络（BGAN）系统，由3颗Inmarsat IV卫星与地面站网络组成，民用数据业务采用星状拓扑，经过卫星中继落地后通过地面站实现区内数据交换，互联网接入或通过地面站网络实现跨区的数据交换。BGAN从2012年开始提供航空宽带卫星业务（SB-Sat），通过原航空宽带网络面向低轨道（LEO）卫星提供近实时的IP业务，速率最高可达475 kbit/s[2]，由此实现了以地面网络为骨干的天空地一体化的网络。
天地一体化信息网络总体架构设想
天地一体化信息网络总体架构设想
随着科技的快速发展和全球化进程的加速，信息网络的重要性日益凸显。为了满足日益增长的信息需求和通信需求，天地一体化信息网络应运而生。本文将介绍天地一体化信息网络的总体架构设想。
天地一体化信息网络是一种集地面通信网络、卫星通信网络、空间通信网络于一体的综合信息网络。它将地球表面的通信网络扩展到太空，实现天地之间的无缝连接，提供高速、高效、可靠的信息传输服务。
天地一体化信息网络的架构由三部分组成：地面通信网络、卫星通信网络和空间通信网络。
地面通信网络是天地一体化信息网络的基础，它由各种通信基础设施和通信协议组成，包括光纤通信、无线通信、移动通信等。地面通信网络将各种信息传输到卫星通信网络和空间通信网络。
卫星通信网络是天地一体化信息网络的核心，它由多颗卫星组成，形成一个覆盖全球的卫星通信网。卫星通信网络可以实现高速、高效、可靠的信息传输，同时也可以为地面通信网络和空间通信网络提供中继传输。
空间通信网络是天地一体化信息网络的重要组成部分，它由各种空间平台和空间设备组成，包括卫星、空间站、无人机等。空间通信网络可以实现空间与地面之间的信息传输，同时也可以为卫星通信网络提供扩展和补充。
全覆盖：天地一体化信息网络可以覆盖全球，实现全球范围内的信息传输和通信。
高速度：天地一体化信息网络可以实现高速、高效、可靠的信息传输，满足大量数据传输需求。
高可靠性：天地一体化信息网络的卫星通信网络和空间通信网络具有高可靠性的特点，可以保证信息传输的稳定性和可靠性。
创新性：天地一体化信息网络采用了最新的通信技术和信息技术，具有创新性。
可持续性：天地一体化信息网络具有可持续性发展的特点，可以满足未来的信息传输需求和通信需求。
天地一体化信息网络是一种创新的通信网络模式，它将地球表面的通信网络扩展到太空，实现天地之间的无缝连接，提供高速、高效、可靠的信息传输服务。它的总体架构由三部分组成：地面通信网络、卫星通信网络和空间通信网络。这些组成部分相互协作，可以满足全球范围内的信息传输和通信需求。天地一体化信息网络具有全覆盖、高速度、高可靠性、创新性和可持续性等优势，将会在未来的信息化社会中发挥越来越重要的作用。
天地一体化信息网络关键技术综述
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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 ;QoS
Abstract： 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
天地一体化数据链网络架构研究
·418· 现代导航 2016年
天地一体化数据链网络架构研究
杜利刚，田万勇，潘积远
（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）
摘 要：本文首先阐述了天地一体化数据链网络的概念与内涵，分析了国外相关发展现状，并预测了
以后的发展趋势。重点研究了网络架构，并提出了网络信息交互与处理流程。在文章的最后，总结了天地
一体化数据链网络所面临的主要技术挑战。
关键词：天地一体化数据链；天基网络；杀伤链
中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1674-7976-(2016)06-418-04
Research on Space-Ground Integration Data-Link Network Architecture
DU Ligang, TIAN Wanyong, PAN Jiyuan
Abstract: The concept and connotation of Space-ground Integration Date-Link network are described in this paper, the foreign development status is analyzed and the development tendency is predicted. The network architecture is mainly studied and
the interchange process of network information is presented. The mainly technology challenge of Space-ground Integration
Date-Link network is summarized in the end of the paper.
Key words: Space-ground Integration Data-Link; Space-based Network; C4KISR
空天地一体化网络中网关与SDN控制器的优化部署
空天地一体化网络中网关与SDN控制器的优化部署
空天地一体化网络是一种集成了空中、地面和卫星网络的综合通信网络，可以实现全球的无缝覆盖。在空天地一体化网络中，网关和SDN（软件定义网络）控制器的优化部署对于网络的性能和效率至关重要。本文将探讨如何优化部署空天地一体化网络中的网关和SDN控制器，以提高网络的性能和效率。
首先，我们来介绍一下空天地一体化网络的特点。空天地一体化网络将空中、地面和卫星网络集成在一起，通过协同工作来实现全球的通信覆盖。空中网络包括飞机上的通信设备和无人机，地面网络包括移动通信基站和Wi-Fi热点，卫星网络则提供全球的通信连接。通过将这些网络集成在一起，可以实现无缝漫游和更高的带宽和延迟性能。
在空天地一体化网络中，网关的作用是连接不同网络之间的数据传输。网关需要具备快速处理和转发数据的能力，同时需要具备强大的安全性和稳定性。为了优化网关的部署，可以使用虚拟化技术来提高网关的灵活性和可扩展性。通过将网关虚拟化，可以将多个网关部署在同一台物理设备上，从而提高资源利用率和降低成本。此外，还可以使用负载均衡技术来均衡网关之间的负载，提高网络的性能和可靠性。
在空天地一体化网络中，SDN控制器的作用是对网络进行全局的控制和管理。SDN控制器可以根据网络的实时情况，动态地调整网络的拓扑结构和路由策略，从而提高网络的灵活性和可靠性。为了优化SDN控制器的部署，可以将其部署在分布式的方式上，以减少单点故障的发生。此外，还可以使用智能算法来优化SDN控制器的决策策略，以提高网络的性能和效率。
除了网关和SDN控制器的优化部署之外，还需要考虑网络中的安全性和隐私保护。空天地一体化网络中涉及的数据传输和存储非常庞大，其中可能包含了大量的敏感信息。因此，必须采取合适的安全措施来保护网络的安全和用户的隐私。例如，可以使用加密技术来保护数据的传输和存储，同时采取访问控制和权限管理来限制对敏感数据的访问。
天地一体化信息网络主动防御安全体系研究
Ｄａｔａｓｅｃｕｒｉｔｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ•ＩＴＮＳ主题专栏:数据安全保护
«信息技术与网络安全»２０１９年第３８卷第８期天地一体化信息网络主动防御安全体系研究景文强１ꎬ余 波１ꎬ李昂阳１ꎬ刘智国２(１.６３７８９部队ꎬ陕西西安７１００００ꎻ２.中国电子信息产业集团有限公司第六研究所ꎬ北京１０２２０９)摘 要:针对当前天地一体化信息网络面临的安全问题及主要挑战ꎬ提出了天地一体化信息网络主动防御安全体系架构ꎬ基于可信、行为安全、情报威胁及智能化态势感知技术ꎬ实现了物理安全、接入安全、网络安全、应用安全等层次的主动防御ꎬ并提出了相应的应用方式构想ꎬ为将来天地一体化信息网络安全的建设提供参考及借鉴ꎮ关键词:天地一体化信息网络安全防护ꎻ安全威胁ꎻ主动防御中图分类号:ＴＰ３９３.０８ 文献标识码:Ａ ＤＯＩ:１０.１９３５８/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９６￣５１３３.２０１９.０８.００４引用格式:刘智国.天地一体化信息网络主动防御安全体系研究[Ｊ].信息技术与网络安全ꎬ２０１９ꎬ３８(８):１７￣２１.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎａｃｔｉｖｅｄｅｆｅｎｓｅｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍｏｆｓｐａｃｅ￣ｇｒｏｕｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋＪｉｎｇＷｅｎｑｉａｎｇ１ꎬＹｕＢｏ１ꎬＬｉＪｉｎｇｙａｎｇ１ꎬＬｉｕＺｈｉｇｕｏ２(１.Ｎｏ.６３７８９ＴｒｏｏｐｓꎬＸｉ′ａｎ７１００００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ｔｈｅ６ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００８３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｖｉｅｗｏｆｏｆｔｈｅｓｐａｃｅ￣ｇｒｏｕｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓｅｃｕｒｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｍａｉｎｃｈａｌｌｅｎｇｅｓꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｉｎｔｅｇｒａ￣ｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｅｎａｎｄｅａｒｔｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓｅｃｕｒｉｔｙａｃｔｉｖｅｄｅｆｅｎｓｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｅｃｕｒｉｔｙꎬｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｔｈｒｅａｔｃｒｅｄｉｂｌｅꎬｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｓｉｔｕａｔｉｏｎａｌａｗａｒｅｎｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｓｅｃｕｒｉｔｙꎬａｃｃｅｓｓｓｅｃｕｒｉｔｙꎬｎｅｔｗｏｒｋｓｅｃｕｒｉｔｙꎬａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｅ￣ｃｕｒｉｔｙꎬｓｕｃｈａｓｌｅｖｅｌｓｏｆａｃｔｉｖｅｄｅｆｅｎｓｅꎬａｎｄｐｒｏｐｏｓｅｓｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅꎬｏｆｆｅｒｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅ￣ｇｒａｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｅｎａｎｄｅａｒｔｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓｅｃｕｒｉｔｙｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｐａｃｅ￣ｇｒｏｕｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋꎻｓｅｃｕｒｉｔｙｔｈｒｅａｔꎻａｃｔｉｖｅｄｅｆｅｎｓｅ０ 引言天地一体化信息网络目的在于提供全球时空连续通信、高可靠安全通信、区域大容量通信、高机动全程信息传输等能力ꎬ使空中、地面、海洋通信节点互联互通ꎬ实现全球范围内的信息覆盖与共享[１￣２]ꎮ传统的卫星通信系统网络实现互联升级到天地一体化信息网络后ꎬ安全方面面临的主要问题有:(１)在系统接入安全方面ꎬ在天、地基混合组网等多系统互联复杂异构环境下ꎬ面临多域互联场景的统一认证与跨域访问控制的问题ꎮ(２)在路由安全方面ꎬ由于天地一体化信息网络拓扑高动态变化、节点处理能力受限、路由链路切换频繁等特点ꎬ天地一体化信息网络既需要降低链路开销、保证路由可靠性ꎬ又需要考虑路由协议自身的安全性以及互联信息交换的安全性ꎮ(３)在安全切换方面ꎬ天地一体化信息网络除了研究星间切换方案多从切换开销、切换时延等角度考虑对切换性能的优化外ꎬ还需要研究利用签名、加密等技术对切换的安全性进行保障ꎮ(４)在安全传输方面ꎬ基于ＴＣＰ和ＩＰＳｅｃ协议改进实现的传输协议存在不少安全隐患ꎬ需进行安全性增强或升级为更加安全的传输协议ꎮ针对以上存在的问题ꎬ天地一体化信息网络安全体系需要在确保时效性的前提下ꎬ保障信道以及网络的路由、切换、传输、接入等方面的安全ꎬ实现对天基骨干网、天基接入网、地基节点网的物理、接入、网络、应用等层面的安全防护ꎮ１ 相关研究由于空间网络环境的复杂性ꎬ传统的基于ＴＣＰ/ＩＰ或ＯＳＩ层次模型的安全体系结构难以适用在天地一体化空间网络中ꎮ近年来随着学术与工业界在天地一体化信息网络安全防护方面的研究不断深入ꎬ各种天地一体化信息网络安全防护架构被提出ꎮ季新生等人[３]在分析天地一体化信息网络面临的安全威胁和现有防护技术思路的基础上ꎬ深入７１ＩＴＮＳ主题专栏:数据安全保护•Ｄａｔａｓｅｃｕｒｉｔｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
空天地一体化智能铁路通信网络安全保障技术研究
空天地一体化智能铁路通信网络安全保障技术研究
摘要：随着科学技术的发展，我国的空天地一体化技术有了很大进展，并在铁路工程中得到了广泛的应用。多样化的场景、接入方式以及新型网络架构，给天地一体化网络安全带来了新的需求和挑战。本文就空天地一体化智能铁路通信网络安全保障技术进行研究，以供参考。
关键词：空天地一体化通信网络；智能铁路；网络安全
引言
针对形势复杂多变的特大城市开展系统性的公共安全监测工作，已成为目前城市管理严峻形势的迫切需要。而且城市公众的诊断、发现和预警安全事件很难通过单一数据实现源和传统空间数据类型，然而互联网、物联网、大数据等技术的发展给城市公共安全监测提供了新的思路。
1空天地一体化智能铁路通信网络简介
空天地一体化智能铁路通信网络由天基网络、空基网络和地基网络构成。空天地一体化铁路通信网络利用北斗卫星、地面通讯卫星、飞艇、无人机、地面基站等设备，有效整合空、天、地网络资源，通过空天地一体化组网，为应急指挥、设备与环境监测、列车运行控制等业务提供高质量的全覆盖传输服务。
2空天地一体化监测体系
建立空天地一体化监测系统识别不同的易发区域，科学划分城市公共安全易发程度。本文的公共安全监测资源协同规划路线如图2所示，构建了空天地合作的最优监测方案，包括高低轨道多卫星合作、空天遥感合作，多时空间分辨率的结合，多传感器的互补优势。（1）利用高分辨率光学图像等卫星遥感数据，大规模获取一个地区的全球全景图，突出这些有问题的危险区，实现对总体测量水平的宏观监测。根据危险易发区域的具体情况，分析形成航空观测资源的最优联合调度和协同规划观测采集方案，开展易发区域卫星资源的覆盖分析和观测规划任务，通过利用高低轨、多时空、多传感器卫星资源对观测通用数据进行采集，形成危险易发区域观测数据。进行有针对性的分析和监测。（2）可以通过开发无人机倾斜摄影数据来进行详细评估，以绘制高分辨率城市三维图。利用无人机对城市公共安全易发区进行详细调查，重点调查疑似公共安全区域、难发区域等。对于卫星遥感无法有效覆盖或需要聚焦高精度观测的区域，针对应急响应等现场信息的具体需要，开展详细的空间信息采集技术和监测方法。结合城市公共安全机理、公共安全的简要信息位置和时间，优先观测区的划定设计作为居民区、重要生命线、突发地点和严重灾害进行区域划分，形成精细的监控空间网络、飞行区域和路线无人机的平面和条形组合设计。它可以有效地支持关键地区监测信息的获取，并确保大规模处理应急指挥、救援和搜救行动的及时性。它可以弥补遥感技术受天气、地形、空间分辨率等因素的影响。（3）随着城市公共安全地面监测设备及系统的完善，地面手段可以准确的检测到卫星、无人机无法检测到的易发区域。建立基于空天地一体化的三维监测体系，实时精准监测城市公共安全，实现三维立体、全域全覆盖、全时全天候、协同高效处置的动态监测，及时发现和查处危害公共安全行为，牢牢守住人民财产人身安全。