通信、网络、计算融合的天地一体化信息网络体系架构研究

随着人类活动范围从大陆向海洋、太空的不断扩展,世界各国纷纷开始布局全球无缝覆盖、连接无处不在的天地一体化信息网络建设。天地一体化信息网络是天基网络与地面网络的深度融合,不是简单的地面向空间的拓展与叠加。从融合的角度出发,首先梳理了地面互联网、移动通信网、天基信息网络发展现状以及存在的问题与挑战;然后总结分析了天地一体化信息网络体系架构研究现状以及新型网络架构向云化、智能化发展的趋势;最后提出了通信、网络、计算融合的天地一体化信息网络的体系架构,并从物理架构、功能架构、物理与功能架构映射等多个维度进行了阐述,提出了一体化信息通信系统、一体化网络系统、一体化信息系统的3层功能架构模型,以期为后续天地一体化信息网络的研究、建设和标准化提供有价值的建议和参考。     

智简空天地一体化网络

空天地一体化网络融合空基、天基、地基网络,提供超大规模全局性连接,真正实现全域泛在通信。针对空天地一体化网络因环境复杂、业务多样、节点异构、资源异质等导致的巨大挑战,通过有机融合智简系统与软件定义网络,提出智简空天地一体化网络解决思路,以“局域按需智简、广域达意智简”为核心方法,克服网络拓扑、路由、资源管控等难题,实现从软件定义网络到智简网络的范式跨越。     

基于天地一体化网络的航天器高效可靠组网技术

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。     

天地一体化网络协议研究

协议作为网络高效运行的关键,需要与具体网络环境、应用服务相适应。卫星通信网络与地面网络运行环境存在较大差异,天地一体化网络协议在设计时需要充分考虑到天基网络与地面网络的差异性,借鉴国内外空间信息网络协议体系的最新研究成果,结合我国天基网络特点,提出了适用于我国天地一体化网络的增强空间融合协议体系,在该协议体系下异构卫星网络的用户可直接通过天地一体化网络实现业务互通。     

军民融合创新发展我国卫星通信产业

本文阐述了我国卫星通信军民融合历史和融合模式,介绍了我国民用卫星通信系统空间资源现况和规划及其军民融合发展状况;详介了我国在建的军民融合卫星移动通信系统,已列入规划的军民融合"天地一体化信息网络"工程,已有方案的军民融合天地一体化通信遥感导航网络.     

基于低轨卫星与5G网络的融合技术研究

针对目前低轨卫星的发展和面向5G的天地一体化信息网络的需求，结合目前天地一体化信息网络发展现状，介绍基于低轨卫星与地面5G网络的天地一体化信息系统网络架构方案。分析不同网络架构的优缺点，给出目前网络发展阶段下推荐的网络架构。分析低轨卫星与5G网络融合所需的关键技术及解决方案。     

基于边缘智能协同的天地一体化信息网络研究

随着应用需求的发展，如何在天地一体化网络的异构组网环境中以及大时空尺度下提供高效的网络服务成为新的挑战。基于对未来天地一体化信息网络需求的分析，提出一种未来天地一体化网络架构——基于边缘智能协同的天地异构融合标识网络架构，介绍了架构的 3 种关键技术，即服务标识建模及分发机制、异构网络资源深度自感知机制和天地异构网络协同融合机制。最后，介绍了所提架构在高铁通信、民航通信、普惠服务以及特种通信场景中的应用前景。     

支持普适服务的一体化网络研究

现有信息网络的原创模式基本上是多种网络完成多种服务,要从根本上解决现有信息网络存在的严重弊端,必须创建新的网络体系基础理论.本文在归纳总结、分析研究传统各种信息网络交换路由理论的基础上,创造性的引入接入标识和交换路由标识,创建接入标识与交换路由标识的分离聚合映射理论,建立新型网络体系结构下的广义交换路由理论与机制,从而形成一体化网络模型与理论,在有效保证移动性和安全性的同时,解决了异质异构网络的一体化问题;构建了一体化网络与现有网络的过渡方案与机制,保证了传统网络到新网络的平滑过渡;给出了一体化网络的设计与实现方案,并通过原型系统验证了一体化网络的可行性、有效性和正确性.     

无线传感器网络路由分簇协议研究

无线传感器网络与传统网络的特点不同,且与人们日常生活应用息息相关。无线传感器网络不能利用传统的路由协议,网络层的路由技术在无线传感器网络体系结构中非常重要。数据融合简单、拓扑管理方便、能量利用高效是分簇路由具有的优点,是当前研究非常热门的路由技术。文章分析了无线传感器网络分簇路由概念,着重对无线传感网络路由分簇协议的分类和协议系统进行分析,为路由无线传感器网络路由分簇协议的进一步研究提供参考。     

天地一体化信息网络安全防护技术的新思考

天地一体化信息网络是国家面向2030的重大科技工程,安全防护是保障其运行的关键。由于能够主动适应用户、网络和业务的快速变化,可以实现网络技术与安全的共生演进,天地一体化信息网络成为近年来国内外学术界和产业界普遍关注的重要方向。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,探讨了内生式安全防御技术在天地网络架构、关键信息系统中的应用设想,相关技术思路和设计可为内生安全的天地一体化网络安全防护体系建设提供参考。     

Cross-network access control mechanism for complex network environment

Complex network environments,such as space-ground integrated networks,internet of things and complex private networks,have some typical characteristics,e.g.,integration of multi-network and information flow in cross-network.These characteristics bring access control for complex network environment the new requirement of coarse-grained control,sticky policies and inconsistent operation semantics.To satisfy these requirements,cross-network access control mechanism in complex network environments (CACCN) was designed by mapping the cyberspace-oriented access control.First of all,the process of mapping was illustrated using the example of space-ground integrated networks.Next,a management model was proposed to manage the control elements in CACCN and a series of management functions were designed by using Z-notation.The analysis on practical example demonstrates that the mechanism can satisfy a series of access control requirements.     

Emulation platform for inter-domain protocols validation of integrated space-terrestrial network

The inter-domain routing protocol is a key factor in the rapid integration of various satellite systems and heterogeneous networks in integrated space-terrestrial network (ISTN).However,the wide difference between network topologies of space and terrestrial networks may present significant challenges to the deployment of existing inter-domain protocols.To test the performance of these protocols,an emulation platform for ISTN was designed to efficiently emulate the dynamic and large-scale space network and the existing terrestrial networks using virtual network technology.Extensive experiments demonstrate that,with the expansion of the scale of space network and the scale of terrestrial Internet’s routing table,the integration efficiency between space and terrestrial networks becomes very low.     

天地一体化信息网络激光通信系统发展设想

空间激光通信技术具有通信速率高、保密性好、抗干扰能力强等优点,成为近年来的研究热点,并相继在天基信息网络中得到广泛应用。首先对国际激光通信技术的发展态势进行了分析,然后从我国天地一体化信息网络的需求出发,对不同的应用场景上的激光通信系统进行了分析,提出了我国天地一体化信息网络激光通信系统发展的建议。     

Research on satellite link emulation for space-ground integration information network

Aiming at the large scale and diverse technologies of the space-ground integration information network,it was necessary to rely on realistic satellite network scene to verify the various schemes.A method of satellite link emulation in cloud computing environment was proposed.The critical factors that affect the characteristics of satellite link were analyzed,OpenStack and STK were integrated to build an emulation platform for space-ground integration information network.Through the link modeling and calculation,the intermittence,delay and bit error rate of satellite link based on flow table rules and queue management rules can be toggled dynamically in real time.In order to improve the throughput of satellite link,satellite nodes have dynamic routing learning ability.Satellite links can be flexibly constructed and reconstructed.The experimental results show that the method can accurately emulate the satellite link,effectively guarantee the fidelity and periodicity of satellite link emulation,and facilitate the scientific research of satellite network scene.     

面向全球能源互联网的天空地协同卫星通信网络架构

全球能源互联网的监测、调度、授时、同步及定位等业务均需要能提供广域覆盖、泛在灵活接入服务的可靠通信网络。针对该需求,首先分析阐述全球能源互联背景下各种新型业务需求及其特点,并总结各种业务的共性数据特征;然后论述卫星通信技术的特点以及与全球能源互联网业务特点与数据传输需求的高度契合性,最终提出融合卫星通信网络的全球能源互联网天空地协同网络体系架构。其以IP技术为基础,各层网络通过星间、星地、星空、空空、空地以及地面有线、无线链路连接起来,构建全球覆盖的一体化网络体系。     

关于天地一体化信息网络典型应用示范的思考

天地一体化信息网络通过多轨道卫星星座将陆基、海基、空基网络连接起来,构成覆盖全球的一体化通信网络,可以为我国海洋、航空、航天、信息普惠、商用全球宽带通信等多种应用场景提供全新的解决方案,为“一带一路”等国家战略实施提供通信应用及服务支撑。在充分汲取国际先进技术、产业和应用服务经验的基础上,通过开展典型应用示范系统的建设,可以进一步验证天地一体化信息网络的能力,牵引出更多应用需求和商业模式,并就未来天地一体化信息网络典型应用系统的建设提出了一些初步的考虑和设想,为全球各类用户提供基础公共服务及专业服务。     

Research status and development trends of security assurance for space-ground integration information network

Space-ground integration information network consists of space-based backbone network, space-based access network, the node net of foundation, Internet, mobile communication network, which has important significance for the realization of the target of national security strategy. Firstly, the characteristics of space-ground integration network, such as exposed channel, heterogeneous network integration, etc, were analyzed. Also, the corresponding threats from the physical layer, operation layer, data layer were introduced. Secondly, a comprehensive study on current status of surviv-ability, anti-jamming, secure access, secure routing, secure handoff, secure transmission and key management were made. Finally, combined with research status, the important trends were proposed.     

天地一体化信息网络在我国民航领域的应用设想

天地一体化信息网络工程将构建全球覆盖的安全、高效、实时、宽带数据传输网络,基于天地一体化信息网络的新一代机载通信、导航、监视系统是未来我国民用航空电子系统发展的重要趋势之一,可以显著提升机载航电系统能力,为航空运输的安全性、经济性、环保性、舒适性带来巨大的变革。在分析国外航空卫星系统在民用航空领域应用现状的基础上,针对我国天地一体化信息网络在民用航空领域的应用差距,提出了基于我国自主卫星系统的天地一体化信息网络在民用航空领域应用的建设设想、实施步骤及适航考虑。