天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是國家重要信息基礎(chǔ)設(shè)施，筆者在分析國外天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)相關(guān)系統(tǒng)發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，提出了我國天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)總體設(shè)想，并進(jìn)一步闡述了一體化發(fā)展過程中需重點(diǎn)關(guān)注和解決的幾個(gè)問題，可為我國天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供參考。

　　3我國天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)想

　　相關(guān)工作

　　我國天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的研究和討論已經(jīng)持續(xù)了10多年，目前已經(jīng)取得了一系列成果。2006年，沈榮駿院士首先提出了我國天地一體化航天互聯(lián)網(wǎng)的概念及總體構(gòu)想;2007年和2012年，中國宇航學(xué)會(huì)飛行器測(cè)控專業(yè)委員會(huì)先后兩次召開學(xué)術(shù)年會(huì)，對(duì)航天互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了專題研討;2013-2014年，工業(yè)和信息化部電子科學(xué)技術(shù)委員會(huì)組織了“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)研究”重點(diǎn)課題，從發(fā)展戰(zhàn)略、總體方案和關(guān)鍵技術(shù)等3個(gè)方面對(duì)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)開展研究;2013年和2015年，國內(nèi)先后兩次召開了天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的高峰論壇，對(duì)凝聚國內(nèi)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究力量并形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)發(fā)揮了重要作用;2015年，張乃通院士發(fā)表了《對(duì)建設(shè)我國“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”的思考》，對(duì)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的定位、邊界作了清晰的說明，并提出了網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)的設(shè)想和對(duì)建設(shè)工作的建議。

　　在綜合國內(nèi)相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，筆者提出了對(duì)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的理解，并結(jié)合我國國情給出了天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)初步設(shè)想。

　　系統(tǒng)方案

　　天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是以地面網(wǎng)絡(luò)為依托、天基網(wǎng)絡(luò)為拓展，采用統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)、統(tǒng)一的技術(shù)體制、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，由天基信息網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)互聯(lián)互通而成。天基信息網(wǎng)包括天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)、地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)三部分。

　　天基骨干網(wǎng)由布設(shè)在地球同步軌道的若干骨干節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)而成，骨干節(jié)點(diǎn)具備寬帶接入、數(shù)據(jù)中繼、路由交換、信息存儲(chǔ)、處理融合等功能，受衛(wèi)星平臺(tái)能力的限制，單顆衛(wèi)星無法完成上述全部功能，擬采用多顆衛(wèi)星組成星簇的方式實(shí)現(xiàn)多功能綜合。1個(gè)天基骨干節(jié)點(diǎn)由數(shù)顆搭載不同功能模塊化載荷的衛(wèi)星組成，包括中繼、骨干、寬帶、存儲(chǔ)、計(jì)算等功能模塊化衛(wèi)星，不同衛(wèi)星之間通過近距離無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)和信息交互，協(xié)同工作完成天基骨干節(jié)點(diǎn)的功能。

　　天基接入網(wǎng)由布設(shè)在高軌或低軌的若干接入節(jié)點(diǎn)所組成，滿足陸、海、空、天等多層次海量用戶的各種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)需求，形成覆蓋全球(包括兩極地區(qū))、隨遇接入、按需服務(wù)的接入網(wǎng)絡(luò)。

　　地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)由多個(gè)地面互連的地基骨干節(jié)點(diǎn)組成，地基骨干節(jié)點(diǎn)由信關(guān)站、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理、信息處理、信息存儲(chǔ)及應(yīng)用服務(wù)等功能部分組成，主要完成網(wǎng)絡(luò)控制、資源管理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、信息處理、融合共享等功能，通過地面高速骨干網(wǎng)絡(luò)完成組網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)與其他地面系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成示意圖

        參考模型

　　天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)在組成上可分為基礎(chǔ)設(shè)施、通用業(yè)務(wù)系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)3個(gè)層次。

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)參考模型

　　基礎(chǔ)設(shè)施層是整個(gè)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基礎(chǔ)支撐環(huán)境，主要包括空間設(shè)施、地面設(shè)施、安全保密設(shè)施、管理控制設(shè)施等。其中空間段設(shè)施由骨干節(jié)點(diǎn)衛(wèi)星、移動(dòng)通信衛(wèi)星、寬帶通信衛(wèi)星、中低軌衛(wèi)星及其他商用衛(wèi)星組成，地面設(shè)施由多個(gè)電信港、關(guān)口站及相應(yīng)的地面支撐網(wǎng)絡(luò)所組成?？臻g段衛(wèi)星及地面設(shè)施共同構(gòu)成天基網(wǎng)絡(luò)的骨干、接入兩類網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用“以網(wǎng)絡(luò)為中心、面向服務(wù)、天網(wǎng)地基”的技術(shù)體制，將各類用戶聚合成以網(wǎng)絡(luò)為中心的整體，為天基網(wǎng)絡(luò)提供即插即用、按需服務(wù)、功能重組等能力，提供基礎(chǔ)保障;安全保密設(shè)施、管理控制設(shè)施按功能需求布設(shè)在空間和地面，形成天地一體的安全體系和管理體系。

　　通用業(yè)務(wù)系統(tǒng)是面向功能領(lǐng)域，依托網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建的服務(wù)系統(tǒng)，集中體現(xiàn)了天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)面向服務(wù)的技術(shù)特征。根據(jù)服務(wù)對(duì)象、能力及技術(shù)體制的不同，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)可提供的基礎(chǔ)服務(wù)主要包括骨干互連、中繼傳輸、寬帶接入、移動(dòng)通信、寬帶廣播及天基測(cè)控等，各類基礎(chǔ)服務(wù)能力如下。

　　1)骨干互連：工作頻段為Ku、Ka頻段及激光，業(yè)務(wù)速率范圍為8～45Mbit/s;155Mit/s，622Mbit/s;2.5Gbit/s，5Gbit/s，10Gbit/s。支持陸基、?；扔脩?。

　　2)中繼傳輸：工作頻段為Ka頻段及激光，業(yè)務(wù)速率范圍為155～622Mbit/s;1.2Gbit/s，5Gbit/s，10Gbit/s。支持天基、空基等用戶。

　　3)寬帶接入：工作頻段為Ku、Ka頻段，業(yè)務(wù)速率范圍為64kbit/s～8Mbit/s。支持空基、陸基、?；扔脩?，支持基于IP的話音、數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務(wù)。

　　4)移動(dòng)通信：工作頻段為L(zhǎng)、S頻段;業(yè)務(wù)速率范圍為2.4～9.6kbit/s;384kbit/s～1Mbit/s。支持空基、陸基、?；扔脩?，支持話音、數(shù)據(jù)、短消息、圖像等業(yè)務(wù)。

　　5)寬帶廣播：工作頻段為Ku頻段，業(yè)務(wù)速率范圍為256kbit/s～100Mbit/s。支持空基、陸基、?；扔脩?，支持基于IP的數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務(wù)。

　　6)天基測(cè)控：工作頻段為S、Ka頻段，業(yè)務(wù)速率范圍為1kbit/s～2Mbit/s。支持天基、空基等用戶。

　　應(yīng)用系統(tǒng)是基于基礎(chǔ)設(shè)施和業(yè)務(wù)功能系統(tǒng)，面向用戶任務(wù)而構(gòu)建的共用或?qū)I(yè)服務(wù)系統(tǒng)。天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)可為應(yīng)急指揮、搶險(xiǎn)救災(zāi)、遠(yuǎn)程教育/醫(yī)療、遠(yuǎn)洋航行、航天/航空遙感等各類應(yīng)用或任務(wù)提供通信保障。

　　發(fā)展路線

　　由于地面網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)已較為完善和成熟，而天基網(wǎng)絡(luò)還沒有形成體系能力，因此依據(jù)天基網(wǎng)絡(luò)的能力將天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展劃分為3個(gè)階段。

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展路線圖

　　(1)天星地網(wǎng)

　　在近期階段(2020年前后)，利用現(xiàn)有的通信衛(wèi)星資源，將地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的地區(qū)通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)延伸，實(shí)現(xiàn)對(duì)我國國土及周邊地區(qū)的服務(wù)覆蓋。

　　(2)天網(wǎng)地網(wǎng)

　　在中期階段(2025年前后)，整合、提升天基網(wǎng)絡(luò)資源，逐步建立統(tǒng)一的天基網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建基于高、中、低軌道的天基信息服務(wù)體系，提供全球信息保障能力。

　　(3)天地融合的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)

　　在遠(yuǎn)期階段(2030年前后)，提升天基網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)水平，消除天地網(wǎng)絡(luò)能力差距，逐漸將天基網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)融合成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，建立一個(gè)高可靠、高可用、自主可控的全球信息基礎(chǔ)設(shè)施。

　　4需要解決的幾個(gè)問題

　　(1)天地網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)發(fā)展

　　在天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程中，天地兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)劃需要綜合考慮、協(xié)調(diào)發(fā)展。受技術(shù)水平、政策法規(guī)等因素的影響，天基網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要滯后于地面網(wǎng)絡(luò)，因此需做好天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的頂層規(guī)劃，從技術(shù)發(fā)展、政策支持、資金投入等方面促進(jìn)天基網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

　　(2)系統(tǒng)運(yùn)營

　　天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)作為國家的基礎(chǔ)信息設(shè)施，在系統(tǒng)運(yùn)營上應(yīng)采用集中與分級(jí)相結(jié)合的統(tǒng)一管理機(jī)制。一方面，技術(shù)上要實(shí)現(xiàn)天網(wǎng)和地網(wǎng)資源的融合，具備統(tǒng)一、快捷的資源調(diào)度機(jī)制，可根據(jù)任務(wù)保障需求，在天網(wǎng)、地網(wǎng)之間靈活調(diào)配資源，協(xié)同完成任務(wù)保障;另一方面，系統(tǒng)運(yùn)營不能完全從商業(yè)角度考慮，需要兼顧公益性和商業(yè)性，尤其要考慮到天基網(wǎng)絡(luò)的特殊性，需國家政策及資金上的扶持。

　　(3)開放與安全

　　在天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)中，天地網(wǎng)絡(luò)是一體的，這就要求天基網(wǎng)絡(luò)具有良好的開放性，支持各類服務(wù)應(yīng)用，支持用戶無感接入或即插即用;另一方面，天基網(wǎng)絡(luò)的空間及電磁特殊性，易受到攻擊和干擾，而其重要戰(zhàn)略地位又要保證其具備高安全性。因此，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)及建設(shè)初期就要將網(wǎng)絡(luò)及電磁空間安全問題放在首要位置，采用防無線注入的空中接口設(shè)計(jì)、自主協(xié)議增強(qiáng)、可信可控交換路由、分級(jí)分布星地密碼廣域部署等技術(shù)措施，有效解決網(wǎng)絡(luò)開放性與安全性的沖突問題。

　　(4)軍民結(jié)合

　　天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)覆蓋全球的信息基礎(chǔ)設(shè)施，是一個(gè)兼顧軍民兩用的信息網(wǎng)絡(luò)，在建設(shè)中要充分考慮到軍民用戶不同的信息保障需求，如設(shè)置多級(jí)別的信息安全保密等級(jí)，以滿足軍用及特殊用戶的信息安全要求;為高機(jī)動(dòng)用戶設(shè)置快捷波束，支持其運(yùn)動(dòng)過程中的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

　　結(jié)束語

　　當(dāng)前，我國的信息化建設(shè)正處于一個(gè)關(guān)鍵的發(fā)展時(shí)期，面臨著三網(wǎng)融合、下一代互聯(lián)網(wǎng)過渡、4G/5G移動(dòng)技術(shù)發(fā)展、賽博空間安全等諸多變革。在此之際，我們應(yīng)抓住國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、國際地位鞏固提升的歷史機(jī)遇，借助我國航天技術(shù)發(fā)展的巨大推動(dòng)作用，促進(jìn)天基網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，盡快建設(shè)一個(gè)與我國國際地位相符的全球信息基礎(chǔ)設(shè)施。(來源|國際太空)

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