9-2-w011基于信息中心网络的未来天地一体化信息网络(公开)
天地一体化信息网络密钥协商与加密认证设计
第8卷第4期2017年8月指挥信息系统与技术Com m and Inform ation System and TechnologyVol. 8 No. 4Aug. 2017•实践与应用•d o i: 10. 15908/j.c n k i.c is t.2017. (M.016天地一体化信息网络密钥协商与加密认证设计王明书王佩(解放军61905部队沈阳110005)摘要：由空基、天基和陆基等要素组成的天地一体化信息网络易受到干扰和窃听等安全威胁，亟 需建立完备的安全防护体系以增强信息资源获取、传送和应用的安全性。
分析了天地一体化信息 网络特点及不足，提出了信息网络安全体系基础架构、密钥协商体系和加密认证体系，通过模拟试 验环境将体系设计方案与P a r k-L im和T s e n g方案在安全性、计算速度和资源消耗等方面进行了 对比。
试验分析表明，该方案具备较好的可靠性和实用性，适用于天地一体化信息网络安全体系。
关键词：天地一体化；安全体系；密钥协商；加密认证中图分类号；T P393 文献标识码：A文章编号：1674-909X(2017)04-0093-06Key Agreement and Encryption Authentication for IntegratedSpace-Ground Information NetworkW A N G M in g s h u W A N G Pei(U n it 61905 of P L A，Shenyang 110005，China)A b s tra c t：T h e in te g ra te d space-ground in fo rm a tio n n e tw o rk com posed o f space-based,air-basedand ground-based elem ents is v u ln e ra b le to s e c u rity th r e a ts,such as in te rfe re n ce and h a c k in g.T h e com plete safety p ro te c tio n system fo r enhancing th e s e c u rity o f in fo rm a tio n resource acquisit io n,tra n s m is s io n and a p p lic a tio n is u rg e n tly needed.T h e ch a ra cte ristics and deficiencies o f the in te g ra te d space-ground in fo rm a tio n n e tw o rk are analyzed.T h e in fo rm a tio n n e tw o rk s e c u rity a rc h ite c tu re,the ke y agreem ent and the e n c ry p tio n and a u th e n tic a tio n system are proposed.T h ro u g h th e s im u la tio n e x p e rim e n t,th e system design scheme is com pared w ith th e P a rk-L im and the T seng so lu tio n s on the s e c u rity,th e ca lc u la tio n speed and the resource c o n s u m p tio n.T h ee x p e rim e n t re s u lt show s th a t th e m e th o d has good re lia b ility and p ra c tic a b ility,th u s it is su ita b lefo r s e c u rity system in the space-ground in fo rm a tio n n e tw o rk.K ey w o rd s：in te g ra te d space-g ro u n d；s e c u rity a rc h ite c tu re；ke y a g re e m e n t；e n c ry p tio n a u th e n tication〇引言天地一体化信息网络是由空基、天基、陆基及临 近空间网络组成的网络信息系统，是国家和军队战 略性信息基础设施版图中重要组成部分。
天地一体化数据链网络架构研究
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 ArchitectureDU Ligang, TIAN Wanyong, P AN JiyuanAbstract: 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; C4KISR1 发展背景与现状随着军事技术变革的不断深入，以及全球利益的不断拓展，为有效应对面临的威胁环境，必须解决大地域范围内各数据链单元情报分发、态势共享和战术指挥问题，以提升大地域乃至全球范围内的快速信息保障能力，维护国家安全和利益。
关于重大基础研究计划空天地一体化网络关键基础科学问题
一、航天信息技术概况
航天信息的获取与处理
高空间分辨率：增强空间探测能力 高光谱分辨率：增强光谱辨识能力
多域协同的传感器：增强多源信息融合 分布式信息处理技术 新的信息描述理论及方法 高效的信息压缩方法
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一、航天信息技术概况
航天信息的传输
高效信道编码技术； 高效的调制解调技术； 弱信号条件下的通信理论； 空天地一体化的信息网络； 黑障区通信理论及方法； 超长距离的通信理论及方法；
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“夸父”计划
拟在2012年发射三颗星： A星 行星际探测器，距地1.5×106km的 日地连线拉格朗日L1点上；全天候监测 太阳活动的发生及伴生现象；
B1和B2两颗地球卫星 在地球极轨大椭 圆轨道，监测太阳活动对地球近地空间 环境的影响。
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四、深空通信技术的研究现状
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一、航天信息技术概况
航天测控技术
更高的轨道覆盖率 ； 更高的测量精度 ； 更多的测控目标和更复杂的测控任务 ； 更远的测控距离； 更低的测控成本；
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一、航天信息技术概况
航天信息的应用
导航定位； 灾害预警； 地质勘探； 精细化农业； 科学研究（物种起源、天体演化）； 资源探索（稀有金属、新能源）；
提纲
一、航天信息技术概况 二、深空探测的发展 三、深空通信的问题 四、深空通信技术的研究现状 五、可关注的研究方向
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一、航天信息技术概况
航天信息技术内涵 航天信息技术主要是指借助航天飞行器
完成的对于信息的获取、处理、传输及应 用技术，同时也包括为了完成航天任务所 采用的测量、控制及导航技术。
面向天地一体化信息网络的动态联动仿真技术
文章编号：1007-1423（2020）17-0003-09DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2020.17.001面向天地一体化信息网络的动态联动仿真技术李乾治1，王晓锋1，刘渊2，叶海洋1（1.江南大学物联网工程学院，无锡214122；2.江南大学数字媒体学院，无锡214122）摘要：网络仿真是天地一体化信息网络中各类新技术验证与网络安全策略评估的重要支撑。
针对天地一体化信息网络高度动态变化的特点，提出一种面向天地一体化信息网络的动态联动仿真方法。
该方法融合卫星理论模型具备的实时、动态、精确计算的优势以及虚拟化、SDN技术具备的卫星仿真网络高吞吐量与灵活切换的优势。
研究卫星理论模型对卫星仿真网络的正向动态控制技术，可实时仿真出具有卫星链路动态特性的天地一体化信息网络；进一步，研究卫星仿真网络对卫星理论模型的反向实时调控技术，可实现天地一体化信息网络动态变化场景的仿真。
构建出6颗天基骨干节点、120颗天基接入节点组成的天地一体化信息网络仿真场景，基于该场景的实验验证表明：所提出的动态联动方法可有效支持天地一体化信息网络的卫星链路延时、卫星网络拓扑、卫星姿态等实时动态变化场景的仿真。
关键词：天地一体化信息网络；卫星网络；网络仿真；动态联动仿真基金项目：国家重点研发计划资助项目（No.2016YFB0800305）0引言随着航天技术的发展，实现全球信息共享，特别是天地网络融合的天地一体化信息网络引起全球的广泛关注[1-3]。
空间网络覆盖面广、组网灵活、不受地理环境限制，与地面网络相互补充，实现天地信息共享是未来一体化网络发展的目标。
作为具有战略意义的国家信息基础设施，天地一体化信息网络对于维护国家利益、促进经济发展具有重大意义[4]。
天地一体化信息网络由地基节点网、地面互联网、天基骨干网、天基接入网、、移动通信网等多种异构网络互联融合而成，其网络规模庞大、结构复杂、高度动态，技术体制多样，解决大量技术难点耗时耗资巨大，因此，需要建立天地一体化信息网络仿真实验平台，对各类新技术与安全防御策略进行试验验证[5-6]。
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基于信息中心网络的未来天地一体化信息网络赵康僆1孙智立1,2张乃通1,31. 南京大学，南京210093E-mail: zhaokanglian@2. 萨里大学，英国E-mail: z.sun@3. 哈尔滨工业大学，哈尔滨150001E-mail: ntzhang@摘要:随着空间信息感知技术的发展，各类空间信息系统在国民经济建设、国家安全等领域正发挥着无可替代的重要作用。
建设天基骨干网络并与地面互联网相融合实现天地一体化信息传输对于我国空间信息的实时获取、高效传输、充分利用至关重要。
本文从未来天地一体化信息网络发展的需求出发，针对卫星通信固有的广域覆盖与广播优势以及高动态、弱链路等约束，分析卫星组网并实现与地面网络融合的过程中所面临的主要挑战。
在简单回顾欧美等空间信息网络强国发展现状的基础上，着重研究新型信息中心网络技术在建设未来天地一体化信息网络中与传统IP网络相比所具备的主要优势和有待突破的关键技术，探索适应卫星通信特殊条件的未来天地一体化信息网络架构。
关键词:未来网络，信息中心网络，天地一体化网络Information Centric Network (ICN) based FutureSpace-Terrestrial Integrated Information NetworkZHAO Kanglian1SUN Zhili1,2ZHANG Naitong1,31. Nanjing University, Nanjing 210093E-mail: zhaokanglian@2. University of Surrey, United KingdomE-mail: z.sun@3. Harbin Institute of Technology, Harbin 150001E-mail: ntzhang@Abstract: With the flourish of the space sensing technology, various space information systems are playing an irreplaceable role in China’s economy, national security, and etc. The implementation of the space-based backhaul and its integration with the terrestrial internet is the key point to achieve real-time information acquisition, efficient transmission and the full utilization of the shared information. In this paper, we study the demand of developing space-terrestrial integrated information network.Considering the advantages of satellite communications, such as its wide coverage and the inherent broadcast communication, and the disadvantages, such as high mobility and weak link, we analyze the main challenges for the integration of the space and terrestrial network. After a brief review of the state-of-the-art practice in those leading countries in space information network, such as the United States or the European Union, we focus on the advantages of the new information centric network over the traditional IP network and we also propose the key technologies which are expected to be developed. New network architecture are expected for future space-terrestrial integrated information network.Key Words: Future Internet, Information Centric Networks, Space-Terrestrial Integrated Networks1引言在过去半个世纪中，信息网络从最初的若干台计算机互联实现实验数据共享发展到今天已经成为全球社会经济生活不可或缺的重要基础设施，满足人们获取信息、处理信息和分享信息的基本需求。
随着信息技术的进步与业务需求的发展，传统地面信息网络也逐渐演化发展出无线自组织网络、移动互联网、物联网、网格、云、未来网络等各种各样不同的形式或分支，网络架构、协议体系与相关关键技术正不断发展演进[1]。
由各类卫星或各类航天器组成的实现信息获取、处理与传输的网络系统称为天基信息网络[2]，是传统地面信息网络的重要补充。
从信息网络发展之初，卫星一直发挥着至关重要的作用。
由于卫星通信具有覆盖范围广、广播特性等天然的优势，通信卫星始终是通信网络的重要形式，也是实现真正意义全球无缝覆盖的基本保障[3]。
其次，各类专用卫星系统，包括测绘、环境、气象、海洋、导航定位等，可以看作是一类特殊的传感*资助项目：受江苏省未来网络创新研究院未来网络前瞻性研究项目资助支持。
（编号：BY2013095-3-10）器节点，能够提供地球表面无法获得的信息。
同时，随着小卫星（如Cubesat）、运载火箭（如SpaceX）等空间技术的发展和普及，发射卫星获取空间信息的成本已大大下降，对于小型企业、机构甚至是个人不再是遥不可及的梦想。
在可预见的未来，空间信息技术将不再仅仅服务于国家安全、应急救灾、环境气象等特殊行业，而将如同智能手机、导航定位等技术一样，催生各类创新应用和服务，推动经济产业快速发展，而为了保障空间信息实时高效可靠传输，各类空间信息系统需要天基信息网络的支持。
此外，各类航天器，包括卫星、空间站、探测器、着陆器等，自身具有测控和信息获取、传输、处理、共享的需求，需要天基信息网络支持。
然而，无论是在国内还是国外，各类卫星、航天器系统通常按照不同的功能需求独立发展，形成条块分割、自成体系的发展局面，导致一方面难以实现信息充分共享，信息需求无法得到充分满足；另一方面又造成大量设施重复建设、资源闲置的发展局面。
当然，我们也应看到，受卫星平台技术、系统开发成本、行业划分等客观因素的影响，空间信息系统发展“烟囱林立”的局面有其必然性，各种专业空间信息系统难以统一整合替代。
由于各类空间信息系统在信息获取、传输中具有不可替代的作用，未来信息网络发展必然要求突破当前以地面网络为主体的发展局面，形成未来天地一体化信息网络。
面向我国当前对空间信息获取、传输、共享的迫切需求，本文将从天基信息网络的定位出发，针对国内一体化信息网络发展的问题与挑战，着重探讨未来天地一体化信息网络可采用的网络架构与相应的协议体系，应具有智能化信息获取、存储、传输、处理、融合和分发的能力，且具备一定的自主运行和管理能力。
2我国天地一体化信息网络的定位与目标目前全球再贵卫星数量超过1000颗，其中我国各类卫星超过100颗，包括各类专用卫星：资源、测绘、环境、海洋、气象、通信、北斗导航定位系统、天链中继星，以及空间站等。
随着对于空间信息与服务的迫切需求，我国空间信息系统正加紧建设，预计到2020年，在轨卫星数量将超过200颗。
通过星间、星地链路将不同轨道、种类、性能的飞行器及相应地应用设施和应用系统连接在一起，按照空间信息资源的最大有效利用原则所组成的信息网络称为天地一体化信息网络[4-6]。
未来天地一体化信息网络的发展将通过网络化打破各种信息系统分散独立“烟囱式”的发展局面，其中天基信息网络是发展的主体，地面互联网是其承载网，其发展方向是各种信息系统的综合[7]：（1）实现三大卫星通信系统的综合：卫星固定通信、卫星移动通信、卫星广播；（2）实现三大卫星应用系统的综合：卫星通信、卫星对地观测、卫星导航定位；（3）实现三大通信领域的综合：空间通信，临近空间通信，地面通信；（4）实现三大通信类型的综合：人与人通信，人与物通信，物与物通信。
3天地一体化信息网络架构3.1 网络架构与实现形式根据网络节点间的关系，借用互联网先驱Paul Baran提出的网络架构概念[8]并稍做调整，网络可分为集中式网络（centralized network）和分散式网络（decentralized network），而分散式网络又可进一步划分为分布式网络（distributed network）和联邦网络（federated network），如图1所示。
集中式网络通常有一个中心节点（服务器），所有节点都将数据发送到中心节点并转发给接收者。
传统的专用卫星系统通常采用集中式网络架构，地面站、地面控制中心是整个系统的核心，其优势在于便于集中管理，功能接口统一，但是同样导致了当前系统孤立发展的现状。
分布式网络没有中心服务器，节点间相互连接，数据通过路由按跳（hop）的方式到达接受者。
联邦网络可以看作是若干集中式网络通过中心节点互联形成的分布式网络。
Distributed Network Federated NetworkCentralized Network Decentralized Network图 1 不同网络架构示意[8]联邦网络的概念来源于政治制度中的联邦制度，指一组独立的实体或网络域在保持各自管理能力的基础上，通过构件的虚拟化，在相互独立的网络之上形成对虚拟构件的统一的或分布式的管理与调度能力，从而实现网络资源与信息的可协商共享。
在联邦体系架构下，各独立网络管理者可根据各自情况，将网络中的各种资源提交给联邦网络上的其他用户共享，同时联邦网络也允许共享资源的随时进入与退出。
联邦网络除了是一种异构网络互联互通的技术方案，本质上更是为资源所有者提供资源共享并与用户协商协作提供了一种实现机制。