“星融網”系統架構構想及應用前景分析

文|吳丹 李雪巍 王葉茵 余杰 黎英 郭亮

中國航天系統科學與工程研究院

一、引言

在信息技術不斷發展的今天，不管是軍事還是民用都急需要打破孤立的自成體系的現有系統，有效整合共享資源，全面發展自主可控的核心技術，軍民充分融合，不斷形成維護國家安全和保障國計民生的信息支撐體系。面對國防安全和國民經濟發展的迫切需求，需從更高起點進行戰略布局和頂層謀劃，著力構建自主、高速、安全、泛在、智能的新一代信息基礎設施，“星融網”正是在此背景下提出。本文將重點論述“星融網”總體架構及其應用體系構想。

二、“星融網”建設需求及意義

1.著眼太空未來，搶占網絡制高點

目前，美國、歐洲等航天大國已經充分認識到天空地一體的信息網絡在空間科學研究、地球資源探測、國防安全等諸多領域中的重要作用，并對相應的技術研究和實際應用投入巨大，希望搶占發展先機，全方位掌握空間信息網絡建設主動權。目前，我國在搶占太空網絡制高點方面與美國和西方發達國家仍存在較大差距，亟需著眼未來，構建自主可控太空網絡架構，搶占太空、網絡領域制高點。

2.共建網絡共同體，打造全球治理新格局

當前全球互聯網治理缺乏共識性規則，迫切需要新的網絡治理理念凝聚共識、形成規則和體系。中國作為擁有8億多網民的互聯網大國，有責任為解決網絡空間治理難題貢獻力量。要實現這個目標，我們需要以“四個偉大”的戰略視野，以“偉大工程”的戰略力度，開展國家自主可控網絡建設，并由此帶動自主可控關鍵核心技術的群體性突破，打造網絡空間“國之重器”。

3.提供信息服務，保障國計民生

隨著國家安全、環境監測、交通管理、抗災救險等領域的戰略信息服務在天、空、地多維空間展開，任何單一維度上的信息利用都無法滿足全方位的需求。傳統的單一地面鏈路難以對沙漠、海洋、高山、海島等復雜地形及人口稀少地區進行覆蓋，很難實現信息的收集、傳輸和交換。急需要打破孤立的自成體系的系統，有效整合共享網絡資源，對全球實行全天時、全天候無縫通信、導航、遙感全覆蓋，保障重大突發事件的指揮調度和應急管理。

4.全網聯合指揮，維護國家安全

在軍事和國防方面，“數據流牽引指揮流”的未來戰爭將依賴于天空地海電全域信息的獲取、傳遞和處理，實時可靠地提供各類信息資源，實現全網聯合指揮，才能保證在戰場上處于優勢地位。為了縮短作戰信息的獲取、融合和分發時間，力爭在全球信息優勢方面拉大與對手的差距，多國大力發展陸海空天一體化綜合信息應用系統。

三、“星融網”系統架構構想

“星融網”旨在構建天空地海全網信息融合的綜合信息網絡系統，系統架構的設計需要滿足不同類型的應用需求。在系統構成中，“星融網”包含了天、空、地、海多種網絡中各種類型節點，節點數量、位置、分布以及相互關系如何按需設計；在網絡結構中，拓撲動態多變，異構網絡如何融合連通快速切換；在功能服務中，面向不同用戶、終端、業務、應用場景，網絡接入和信息傳輸如何按需調整，這些都在不同程度上影響著整個網絡的規劃與設計，需要在頂層設計中進行充分考量。因此，在構建“星融網”的過程中，需要綜合運用系統工程的方法，從整個網絡應用的角度進行全方位、多層次地統籌設計，從而保證 “星融網”合理有效的應用。

1.設計目標

以天基網絡為核心，建立天基、空基、地基、海基多網一體，星間、星地、星船泛在互聯，天空地多維全域空間覆蓋的自主可控信息網絡系統。實現網絡融合、終端融合、系統融合、信息融合、服務融合等五大融合以及天空地、通導遙、軍民商等三大統籌，提供“全域無縫覆蓋、全維均衡服務、全元隨遇接入、全時隨心而至”的高智能融合信息服務，最終建立“共建、共享、共管、共治”全球網絡空間命運共同體。

2.設計思想

“星融網”的建設將立足未來，站在更高更遠的視角進行長遠規劃，以系統工程理論為指導，按照“大聯通、大統籌、大融合”的設計思想，通過三大統籌和五大融合，實現從數據源到用戶的快捷精準服務。

（1）大聯通

“星融網”不僅涵蓋了天基、空基、地基、海基等網絡，同時還將鏈接并融合包括地面互聯網、地面物聯網、移動通信網、廣播電視網等在內的已有網絡，形成一張融合大網，最后構成全球無縫覆蓋的天地一體化的天、空、地、海共用，能夠提供各種信息接入和各種智能服務的綜合信息網。

（2）大統籌

“星融網”要從頂層設計出發，實現三個方面的統籌。一是統籌通信、導航、遙感等各類衛星資源，形成高效的一體化衛星綜合服務能力。二是統籌軍用、民用、商用等各種星座資源，實現空間資源的統一高效管理。三是統籌天基、空基、地基、海基等各層網絡資源，實現時空復雜網絡的一體化綜合處理和最大有效利用。

（3）大融合

“星融網”從網絡建設到應用服務的過程中將實現網絡融合、終端融合、信息融合、系統融合、服務融合等五個方面的大融合。

1）網絡融合。異構網絡的融合的目的在于在任何地點任何時間高效地為用戶提供多種類型的服務。異構網絡融合主要是星間融合和星地融合，因此，首先需要實現星間和星地網絡架構的一體化設計，實現信息的互聯互通；其次，需要從整體上規劃頻率資源和軌道資源的使用，統籌安排，避免沖突和干擾，提高頻率資源和軌道資源的使用效率；最后，考慮星地網絡功能的協同部署將網絡和信息服務功能分解，實現功能的就近按需調度。

2）終端融合。終端融合是指通過將不同網絡的用戶終端進行技術融合實現統一的新型用戶終端。未來“星融網”用戶將利用統一終端設備即可實現全網互聯互通。在沒有融合基站的情況下，終端融合能夠直接向用戶提供多接入方式，具備同時支持衛星通信和地面通信的雙模模式。終端融合需要解決終端基帶天線的問題，而且需要重點解決設備小型化的問題。“星融網”可采用統一的空中接口設計有助于實現天地網絡間無縫漫游與平滑切換，也有助于減小終端體積并降低終端功耗，為用戶提供高質量的一致化服務體驗。

3）信息融合。信息融合是對多信息源的信息進行綜合、分析和判斷的過程。分為局部和全局兩種融合。局部的、自主的融合是指從同一平臺上的多路傳感器搜集數據，例如對同一平臺上的激光、紅外信息進行融合。另一種是全局的或區域的融合，它是對具有更大空間差、時間差的傳感器進行綜合、相關處理，例如對來自天基、空基、地基等信息的融合。通過信息融合實現數據價值的最大挖掘，有助于增強復雜環境下對目標的發現和處置能力。

4）系統融合。系統融合是指對集成了應用所需的服務器、存儲、網絡等硬件以及必要的軟件，進行深度優化和配置，形成一體化解決方案。系統融合通過打破各孤立系統的信息孤島，打通數據鏈、信息鏈和業務鏈實現應用層面的融合，在簡化服務流程的同時增強服務功能。

5）服務融合。服務融合是指跨領域服務為實現服務價值迭代優化而相互滲透，相互交叉，逐步融為一體，從而涌現出新服務的過程。“星融網”在信息融合、系統融合的基礎上實現全方位的服務融合，使傳統的“單一信息服務”向“多元化、一體化智能服務”轉變。

3.系統組成

“星融網”由“一張網、一個中心、六大體系”組成，包括全網融合全域覆蓋的空間信息網絡、“星融網”綜合智能管理與服務中心、全鏈條空間資源綜合管理體系、面向全球服務的空間信息服務體系、面向專業化的智能應用服務體系、面向未來戰爭的智能化作戰體系、自主可控的動態安全防護體系以及政策法律法規與標準規范體系（如圖1）。

（1）全網融合全域覆蓋的空間信息網絡

以天基通信網絡為核心，融合天基網絡、空基自組織網絡、地面綜合信息網、地面互聯網、地面物聯網、移動通信網、廣電網等網絡信息，建立星間、星地、星船泛在連接，構建全球全天候全天時全譜段感知、信息探測處理服務實時化、集成化、智能化、天地資源數據協同共享的感知網絡以及快速響應、持續穩定、安全可靠、天地協同的通信網絡；支持天基網絡的信息資源按需定制分配、自適應組合重構、實時化、自主化信息處理。

（2）綜合智能管理與服務中心

圖1 “星融網”系統組成圖

構建由運營管理中心、運行控制中心和大數據管理服務中心等組成的“星融網”綜合智能管理服務中心，具備對網絡資源、軌道資源、頻譜資源、數據資源、基礎資源的統一管理能力、對全網的控制能力、對信息服務的管理能力以及對接入用戶的管理能力；受理網絡覆蓋區域內的用戶需求，組織協調各類任務計劃的實施，完成衛星的控制管理、資源分配，用戶衛星的天基測控、應急控制和數據分發，應用信息的數據處理、數據融合、智能分發等功能，全面促進全網資源的整合優化，提供航天資源統一規劃、設計、建設、運營的全鏈條綜合智能管理服務。

（3）面向全球服務的空間信息服務體系

基于高分辨率對地觀測系統、北斗導航衛星系統等科技重大專項的建設成果，依托空間信息服務云平臺，建立遙感、導航與通信信息共享標準規范，完善空間信息共享服務機制，探索遙感、通信、導航融合應用技術途徑與使用模式，對獲取的多源數據資源進行協調，對各應用用戶的定制產品、通用基礎產品和專用產品等成果資源和信息資源建立統一的共享索引規則，為全球用戶提供機制完善、標準規范統一、全球覆蓋、重點區域增強、數據安全可靠的信息共享服務。

（4）面向專業化的智能應用服務體系

深化遙感、導航、通信應用技術與人工智能、大數據、云計算、移動互聯網、物聯網、虛擬現實、系統仿真等先進前沿技術的交叉融合，突破天地協同智能化信息處理、高精度時空管理、多源空間信息實時融合服務、空間信息語義挖掘等關鍵技術，由信息提供向信息預測和決策轉變，從單一的信息提供服務向面向應用的綜合集成服務轉變，形成面向服務的各類基礎、專業、主題和行業應用的智慧信息服務體系。支持全球數十億用戶隨時隨地獲取無縫實時、高速可靠、精準高效、隨心而至的智慧應用服務。

（5）全鏈條空間資源綜合管理體系

統籌可利用的通導遙衛星資源和國內外地面站接收資源，建立集衛星組網規劃、智能化業務調度、資源動態監測和效能評估于一體的全鏈條空間資源綜合智能管理體系，開展專業任務分布式規劃，共用、沖突任務集中式協調調度、全鏈條綜合智能管理，具備協調利用中繼衛星、衛星測控站網、地面接收站網的能力，實現用戶任務的統籌和星地資源的綜合調度，空間信息資源共享和服務，實現空間資源合理配置和充分開發利用。

（6）面向未來戰爭的智能化作戰體系

構建以“自主可控、聯接三軍”的信息網絡為支撐的智能化作戰體系，依托融合網絡新邊疆和太空高邊疆的“星融網”架構，開展深地、深海、深空、深腦一體融合的全域作戰體系建設。

（7）自主可控的動態安全防護體系

針對天地一體化網絡極端異構、高動態、資源不均、海量節點的特點，構建覆蓋網絡、計算、應用及服務設施的集“監、防、控、評”于一體的天地一體動態安全防護體系，涵蓋安全接入、安全傳輸、安全管理、安全防護等多方面內容，將主動防御和全面監管相結合，利用空間信息加密、節點動態感知、網絡自愈機制等關鍵技術，提供覆蓋數據產生、采集、傳輸、處理、存儲和使用全周期信息安全防護能力，提供貫穿設施、數據和應用多層次的統一的安全運行及管控能力，為“星融網”網絡運行、信息共享、資源管理和業務應用提供全面的安全保障。

（8）政策法律法規與標準規范體系

“星融網”涉及到國民經濟的各個領域，具有多單位、多學科、多專業、多接口的特點。為了實現空間數據信息資源共享，保證“星融網”系統建設的順利進行，發揮系統的整體和集成效應，全面滿足跨部門多源、多專業、多時、多類型信息整合和一體化組織和管理與服務的需要，需要充分利用系統工程的管理思想和方法，構建統一、協調的標準規范和完善的政策法律法規。

四、“星融網”應用前景分析

“星融網”立足未來，服務全球，從太空俯視地球，實現太空高邊疆和網絡新邊疆融合，將在科學探索、太空通信、智慧城市、應急保障、反恐維穩、聯合指揮等方面具有廣闊的應用前景。

“星融網”具有高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率的信息探測能力，可將采集到的高精度、多層次海量數據用于相關領域的科學研究，開展空間環境探測、星間測量和通信等科學與技術試驗，探索發生在地球、日地空間、行星際空間乃至整個宇宙空間的物理、天文、化學以及生命的奧秘。

“星融網”具有全天候、全時段及在復雜地形條件下的實時雙向通信能力，可為天基、空基、地基的各類終端用戶，在任何地球上的任何位置提供廣域覆蓋、高速傳輸、隨遇接入、無感切換的寬帶互聯網服務。 用戶可通過特制的小型化、低成本、多模式一體化智能接收裝置直接接入“星融網”享受到與地面網絡近似的上網體驗。

“星融網”具有天空地一體導航定位增強能力，可為全球用戶提供高精度、高可靠、高完好性的衛星導航定位服務。可滿足用戶在基礎測繪保障、室內定位、集裝箱精確定位等厘米至分米級的定位需求，以及民用航空飛行、鐵路交通、自動駕駛對于強實時性的導航服務需求。

“星融網”具有高速數據傳輸能力，可提供未來空間通信支撐服務。以多維全域覆蓋的空間網絡設施為基礎，利用多軌道中繼衛星可將來自任一航天器的數據在太陽系內的任何地方進行互傳或傳回地球，為近地到深空的空間用戶提供數據傳輸通道和空間網絡互聯，保障航天器間和星地之間自由開展空間通信。

“星融網”具有天空地一體化信息采集、態勢感知能力，通過全方位、全頻譜、全時域實時獲取交通、水利、環境、國土資源、緊急事件等智慧城市動態信息，并以海量空間數據為基礎，根據各行業應用需求開展按需分配、自主化信息處理，生成定制化空間信息服務產品，為政府、企業、大眾等用戶提供公共交通、水利監測、環境分析、森林防火等應用，有效支撐惠民服務、城市治理、產業經濟、生態宜居等領域的智能響應、科學規劃和指揮決策，全面支撐智慧城市發展。

“星融網”具有天地一體、高效靈活、精準可控的快速響應信息服務能力，圍繞多國間應急保障、反恐維穩、聯合行動指揮的需要，采用衛星遙感、無人機等監測手段，實時采集搶險救災、反恐維穩現場的視頻、圖像、態勢等信息，利用衛星通信、無線通信、專網通信等通信手段，將政府、軍隊、警察、安全等部門連接到統一的通信平臺，支持多種業務數據傳輸，進行集中調度指揮，實現互聯互通，提升協同指揮通信能力，切實保障各共建共治國的社會穩定和長治久安。

“星融網”具有多類型衛星資源廣域覆蓋、綜合支撐能力，依托海洋環境監測衛星、高分辨率衛星、風云氣象衛星、導航衛星及搜救衛星系統，開展天空海立體化的海上空間信息采集，為全球用戶提供海上空間信息共享、數據資源管理以及多種在線綜合分析與服務，提供精準高效的航道綜合保障，提升海上維權執法、海上航道安全、海上搜救、海洋資源開發、海洋防災減災、海岸帶環境監測等領域的空間信息服務能力。

五、結束語

“星融網”的建設具有重大戰略意義，我國航天事業的發展為“星融網”建設奠定了良好基礎，網絡空間命運共同體的迫切需求為“星融網”的發展提供了良好機遇。深入論證，統籌規劃，分步實施“星融網”對構建我國自主可控的網絡體系，推進網信事業發展邁向新高度具有重要意義，需要我們抓住機遇，搶占先機。