淺談天地一體化信息網絡發展

摘 要：天地一體化信息網絡由陸基、空基、天基進行互聯互通，以信息交換和傳輸為基礎的網絡基礎設施，是目前各國科技產業發展研究的熱點，本文闡述了天地一體化綜合信息網絡概念；分析了目前國內外天地一體化信息網絡相關系統發展情況；并給出了目前發展中需要需要解決的幾個問題。

關鍵詞：天基信息網絡 空間信息網絡 天地一體化信息網絡

一、引言

天基信息網絡也叫天基信息系統，它是彼此獨立或相關的衛星通信系統、衛星遙感系統、衛星導航系統、載人航天系統、空間物理探測系統、空間天文觀測系統、月球和行星深空探測系統以及多種功能的臨近空間飛行器系統等各種空間信息系統總稱。天地一體化信息網絡的天地一體化含義通常有兩種：一種是單個天基網（如衛星通信網）與地基網（如地面通信網）通過信息或業務融合、設備綜合或網絡互聯互通方式構成的天地一體化信息網絡；另一種是單個天基網（如衛星通信網）自身的空間段（如通信衛星）與地面段（如各種通信地球站組成的應用系統）通過星地鏈路構成的天地一體化信息網絡。我們可稱前者為大天地一體化信息網絡；后者為小天地一體化信息網絡。天地一體化信息網絡作為國家信息化重要基礎設施，對拓展國家利益、維護國家安全、保障國計民生、促進經濟發展具有重大意義，是我國信息網絡實現信息全球覆蓋、寬帶傳輸、軍民融合、自由互聯的必由之路。

二、國內外研究發展現狀

1.國內研究發展現狀。我國天地一體化信息網絡相關的研究和討論已經持續了10多年，目前已經取得了一系列成果。2006年，沈榮駿院士首先提出了我國天地一體化航天互聯網的概念及總體構想； 2013～2014年，工業和信息化部電子科學技術委員會組織了“天地一體化信息網絡體系架構研究”重點課題，從發展戰略、總體方案和關鍵技術等3個方面對天地一體化信息網絡開展研究；2013年和2015年，國內先后兩次召開了天地一體化信息網絡的高峰論壇，對凝聚國內天地一體化信息網絡相關研究力量并形成統一的認識發揮了重要作用；2015年，張乃通院士發表了《對建設我國“天地一體化信息網絡”的思考》，對天地一體化信息網絡的定位、邊界作了清晰的說明，并提出了網絡基本架構的設想和對建設工作的建議。

2.國外發展現狀。近年來，國外類似的天地一體化信息網絡項目主要包括 NASA 的空間通信與導航計劃（SCaN），美軍的轉型通信架構（TCA），歐洲全球通信一體化空間架構（ISICOM） 和國際海事衛星（INMARSAT） 的BGAN SB-SAT 等。NASA SCaN 計劃的主要目標是向 NASA和其他外部機構提供能夠保障航天任務成功的一體化的空間通信、導航與數據系統服務。美國國防部于2002年提出了轉型通信架構（TCA），其目標是適應美軍的轉型通信需求，打破通信瓶頸；提供用戶之間進行安全、高速通信的體系結構；并無縫集成國防部、NASA 和情報機構的空間和地面系統。其工作重點是天基網絡及其與地面網絡的集成，并由此產生一個完整的、無處不在的基于 IP 的全球網絡。歐盟歐洲技術平臺“一體化衛星通信計劃”（ISI）在 2007年末提出了全球通信一體化空間架構（ISICOM）的概念。ISICOM工作組一直在開展具體戰略研究工作，明確在歐盟 Horizontal 2020 和歐空局（ESA）工作計劃中必須完成的研發工作，其目標是建立一個基于IP的獨立的通信網絡，結合微波和激光鏈路實現大容量空間信息網絡。ISICOM 同樣由天基網絡和地面網絡兩部分組成。

INMARSAT是目前國際最重要的商用衛星移動通信運營商，其4代衛星實現的寬帶全球網（BGAN）業務能夠為終端提供全球范圍內的 IP互聯網接入。基于BGAN 業務，INMARSAT可為低軌（LEO）衛星提供 SB-SAT通信模塊，安裝此模塊后LEO衛星可實現最高432kbps的接入速率，并利用INMARSAT地面關口站網絡實現近實時的天基信息回傳。除了類似的規劃較為完整的天地一體化信息網絡，受新技術的發展，目前在商業領域出現了一些新的發展趨勢。首先是低成本火箭發射技術的推動，其中的代表是美國 Space X公司，其Falcon 系列火箭單次發射費用已降低到4500萬美元，低于我國長征系列火箭，而龍貨運飛船的單次發射成本僅1.3億美元。盡管載荷能力、在軌時間有限，但由于研制成本低廉，公斤級Cube-sat衛星已大量應用于各類科學試驗與在軌驗證任務。正是由于發射成本和制造成本的大幅下降，利用微小衛星多星組網方式實現的針對具體需求的天地一體化信息網絡正不斷涌現。這些公司并不把自己看作是衛星公司，因為衛星對于他們并不是最終產品，而只是獲取所需的空間大數據的手段。

三、需要解決的幾個問題

1.天地網絡協調發展。在天地一體化信息網絡的建設過程中，天地兩個網絡的建設規劃需要綜合考慮、協調發展。受技術水平、政策法規等因素的影響，天基網絡的發展要滯后于地面網絡，因此需做好天地一體化信息網絡的頂層規劃，從技術發展、政策支持、資金投入等方面促進天基網絡的建設。

2.系統運營。天地一體化信息網絡作為國家的基礎信息設施，在系統運營上應采用集中與分級相結合的統一管理機制。一方面，技術上要實現天網和地網資源的融合，具備統一、快捷的資源調度機制，可根據任務保障需求，在天網、地網之間靈活調配資源，協同完成任務保障；另一方面，系統運營不能完全從商業角度考慮，需要兼顧公益性和商業性，尤其要考慮到天基網絡的特殊性，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絡中，天地網絡是一體的，這就要求天基網絡具有良好的開放性，支持各類服務應用，支持用戶無感接入或即插即用。因此，天地一體化信息網絡在設計及建設初期就要將網絡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計、自主協議增強、可信可控交換路由、分級分布星地密碼廣域部署等技術措施，有效解決網絡開放性與安全性的沖突問題。

4.軍民結合。天地一體化信息網絡是一個覆蓋全球的信息基礎設施，是一個兼顧軍民兩用的信息網絡，在建設中要充分考慮到軍民用戶不同的信息保障需求，如設置多級別的信息安全保密等級，以滿足軍用及特殊用戶的信息安全要求；為高機動用戶設置快捷波束，支持其運動過程中的高速數據傳輸等。

四、結語

當前，我國的信息化建設正處于一個關鍵的發展時期，面臨著三網融合、下一代互聯網過渡、4G/5G移動技術發展、賽博空間安全等諸多變革。在此之際，我們應抓住國家經濟快速發展、國際地位鞏固提升的歷史機遇，借助我國航天技術發展的巨大推動作用，促進天基網絡的快速發展，盡快建設一個與我國國際地位相符的全球信息基礎設施。

參考文獻 ：

[1]沈榮駿. 我國天地一體化航天互聯網構想[J]. 中國工程科學， 2006， 8（10）：19-30.

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