3 空間信息網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)
空間信息網(wǎng)組網(wǎng)及傳輸技術(shù)
空間信息網(wǎng)以衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為骨干，聯(lián)合深空網(wǎng)絡(luò)、臨近空間網(wǎng)絡(luò)、地面網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成，包括各個軌道層面和深空執(zhí)行不同任務(wù)的衛(wèi)星及航天系統(tǒng)。這種高度綜合性的網(wǎng)絡(luò)打破了異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享的壁壘，能夠有效地綜合利用各種資源(包括軌道資源、載荷資源、通信資源等)，不僅可以提供一體化的偵察、導(dǎo)航、指揮通信等服務(wù)，也可以為隨遇接入、廣播通信、氣象預(yù)報、應(yīng)急救援等提供全域、全時的支持。
空間信息網(wǎng)是一個稀疏網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星節(jié)點之間空間距離大，信息傳輸時延超出了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議的適應(yīng)范圍，星地網(wǎng)絡(luò)的上下行鏈路傳輸帶寬不對稱，不同的衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)中星間網(wǎng)絡(luò)具有異構(gòu)特性，需要針對大時間/空間尺度、異質(zhì)異構(gòu)、鏈路不對稱等特點，設(shè)計天地一體化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)星地網(wǎng)絡(luò)、近地空間、行星際網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和互聯(lián)。
以基于IP的空間組網(wǎng)體系架構(gòu)，形成一體化空間信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系，達到資源高效利用、協(xié)調(diào)利用和優(yōu)化利用的目的。研制即插即用的IP業(yè)務(wù)接入控制技術(shù)，定制衛(wèi)星IP業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證機制，根據(jù)軍事應(yīng)用的特殊需求，設(shè)計適合于寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的QoS保證機制......
通過空間信息網(wǎng)一體化組網(wǎng)需求和技術(shù)特點的分析，可以提出面向兩級空間網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用一體化的實現(xiàn)架構(gòu)滿足兩級網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和通信傳輸需要，協(xié)議棧架構(gòu)模型如下圖所示。
以跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星、寬帶衛(wèi)星為核心構(gòu)建空間高速骨干網(wǎng)絡(luò)，以遙感信息獲取、氣象環(huán)境監(jiān)測等專用衛(wèi)星系統(tǒng)構(gòu)成空間信息接入網(wǎng)絡(luò)。在骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)內(nèi)部采用基于國際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(CCSDS)定義的空間通信協(xié)議標準體系，研究適用于星座組網(wǎng)和星間信息轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸控制協(xié)議、動態(tài)路由協(xié)議、接入和管理協(xié)議等核心軟件......
空間接入網(wǎng)的接入互聯(lián)協(xié)議是面向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)交互的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。異構(gòu)系統(tǒng)間，低軌用戶衛(wèi)星可以借助中高軌骨干衛(wèi)星的通信鏈路轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或完成工程測控。信息傳輸協(xié)議棧采用通用化的鏈路通信協(xié)議，與骨干星座鏈路互聯(lián)互通，完成信息在不同鏈路或系統(tǒng)中的幀格式轉(zhuǎn)換，并通過具體協(xié)議設(shè)計提高網(wǎng)絡(luò)尋址和鏈路成幀效率，兼容地面網(wǎng)絡(luò)的星地一體化路由，完成面向信息轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)通信任務(wù)。
空間信息網(wǎng)安全技術(shù)
為了保證空間信息系統(tǒng)中信息獲取、傳輸、存儲、處理、融合及分發(fā)過程的安全性功能，需要針對星間網(wǎng)絡(luò)的特征和空間信息系統(tǒng)的特點，設(shè)計實現(xiàn)高強度加密認證等安全協(xié)議技術(shù)，使星間組網(wǎng)通信能夠得到安全控制和可靠保障，并延伸保證與其他信息系統(tǒng)互聯(lián)和信息共享的安全可控。探索有效的安全體系構(gòu)建、安全策略實施及安全/性能綜合評估驗證分析方法，滿足天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的資源約束、效率代價約束等要求。
分析空間網(wǎng)絡(luò)保密性、可靠性和實時性需求，充分利用衛(wèi)星的遠程傳輸優(yōu)勢和寬帶衛(wèi)星鏈路的廣播特性，設(shè)計加密、認證與編碼過程相融合的基于信息屬性的空間數(shù)據(jù)安全傳輸機制，保證空間數(shù)據(jù)在傳輸過程中始終處于安全可控狀態(tài)，并能夠結(jié)合空間信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特點和任務(wù)需求進行基于信息屬性的安全傳輸優(yōu)化，有效提升空間數(shù)據(jù)傳輸安全性和時效性。
針對具有周期星歷和網(wǎng)絡(luò)拓撲變化的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，圍繞空間組網(wǎng)安全需求，研究支持空間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的入網(wǎng)鑒權(quán)技術(shù)，入網(wǎng)鑒權(quán)協(xié)議以哈希和異或運算為主，運算量小，能夠抵抗冒充、篡改、重放等常見攻擊，并能針對空間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的周期星歷和移動終端移動規(guī)律，有效降低協(xié)議的計算復(fù)雜度和平均傳輸延遲。
空間信息處理技術(shù)
在有限的資源條件下，獲取高性能、高效率的數(shù)據(jù)處理計算機實現(xiàn)，為星上數(shù)據(jù)處理提供穩(wěn)定可靠的運行環(huán)境，是星上高性能計算技術(shù)的主要研究內(nèi)容。采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)實現(xiàn)算法加速，提高處理能力......
在軌功能重構(gòu)技術(shù)是指能夠?qū)PGA等可編程邏輯器件進行功能的重新配置，器件功能重配置后，新的邏輯功能就可正常使用的技術(shù)。這樣，該系統(tǒng)中就形成了最靈活的動態(tài)重構(gòu)平臺，在系統(tǒng)軟件的管理下，這一硬件平臺能夠非常高效地支持在軌功能重構(gòu)?？芍刈⑷牒图铀俨考糜趯崿F(xiàn)算法加速功能，提高單個處理節(jié)點的處理能力;實現(xiàn)加速部件的動態(tài)功能更新，以支持不同的應(yīng)用;支持軟件重注入功能。(文|王大鵬、等)
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