专题导读:天地一体化信息网络

天地一体化信息网络是以地面网络为基础,以天基网络为延伸,覆盖地球近地空间(“科普中国”百科词条定义,近地空间:地球海平面起100~36 000 km的球壳状区域),为陆、海、空、天各类用户的各类活动提供信息传送和应用保障的信息基础设施,是当今世界强国国家战略发展的重要支撑。为了完成新时期全面建成社会主义现代化强国的战略目标,第十二届全国人民代表大会第四次会议审议通过的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要(草案)》中将天地一体化信息网络列入了“科技创新2030—重大项目”。

天地一体化信息网络中的“天”是指由近地空间内的卫星等航天器作为网络节点构成的天基网络,而“地”则是指由地面关口站网络、互联网和移动通信网等共同组成的地球表面网络。天地一体化信息网络(特别是其中的天基网络)具有网络拓扑动态变化、网络节点间距离远、信道开放易受攻击、空间网络节点资源受限等特点,许多地面网络的成熟技术难以直接应用于天基网络。通过网络体系结构与协议等层面的顶层设计,考虑天地各类网络系统在技术体制方面的显著差异,突破天地大尺度高速信息传输、空间动态组网与路由交换、天地一体化网络安全防护与应用服务等关键技术,才能为近地空间中的各类终端用户提供跨网络的信息共享与应用服务。

本专题特邀请国内在本领域有较好技术基础的高等院校和研究院所中从事一线研究的权威专家、学者撰文,介绍他们最新的研究成果,内容涵盖了天地一体化信息网络体系结构、网络编址与路由、空间激光通信、安全防护、网络应用和低轨星座设计等研究方向,以期为未来更深入、更广泛的技术研究与系统设备研制指明方向,促进我国天地一体化信息网络建设目标的早日实现。

《关于天地一体化信息网络发展建设的思考》分析了国内外相关天地一体化信息网络系统发展现状及趋势,从总体层面给出了天地一体化信息网络体系结构设想,包括应用体系结构、系统体系结构和技术体系结构以及需要重点突破的关键技术,最后提出了实施策略建议。

天地一体化信息网络由天基骨干网、天基接入网和地面网络组成,其中的天基网络具有拓扑变化频繁、链路带宽和误码率波动较大等特点,不能直接运用地面网络的编址与路由技术。《天地一体化信息网络统一编址与路由研究》针对天地一体化信息网络高效互联融合的需求,适应其天基网络部分的特点,提出了具有较好可扩展性、可用性、稳定性和可管控性的编址和路由方案。

激光通信技术具有在太空中传输损耗低、通信速率高、保密性好、抗干扰能力强等优点,非常适合在天基网络中应用。《天地一体化信息网络激光通信系统发展设想》分析了国际空间激光通信技术的发展态势,从天地一体化信息网络建设需求出发,对不同应用场景上的激光通信系统进行了研究,并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。

天地一体化信息网络具有节点分布广泛、拓扑动态变化、大尺度传输链路开放以及面向全球提供服务等特征,更易受到来自外部的自然干扰和恶意攻击。《天地一体化信息网络安全防护技术的新思考》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天地一体化网络安全防护体系建设提供参考。

天地一体化信息网络建成后能够为陆、海、空、天各类用户提供全球全域和全时的网络与信息服务,为提高网络建设效益,有效支撑国家经济社会发展和战略利益拓展,应当重视应用服务体系的构建,通过典型应示范,形成推进国民经济增长的新引擎。《关于天地一体化信息网络典型应用示范的思考》提出了天地一体化信息网络应用系统总体架构、关键技术,给出了全球移动宽带应用、航空管理信息服务、海洋管理信息服务和天基信息中继应用服务4种典型的应用场景。

低轨通信星座是天地一体化信息网络的重要组成部分,相对于高轨通信星座而言,它具有更低的传输时延、更好的全球覆盖性(包括地球的两极),可以更好地克服南山效应,减小用户终端的体积和功耗。《天地一体化信息网络低轨移动及宽带通信星座发展设想》分析了国外典型星座的特点,结合天地一体化信息网络的发展背景,提出了一种创新的低轨移动及宽带通信星座方案构想,并给出了发展建议,希望能够为相关系统研制提供参考。

本专题凝聚了论文作者及其单位在天地一体化信息网络方面的技术积累和最新研究成果,希望本专题能对业界同行、学术同仁有所启发,激发同行、同仁们突破更多天地一体化信息网络的关键技术,取得更多原创性成果,为支撑我国天地一体化信息网络建设、网络强国建设和产业的持续发展做出更大贡献。在此,也对论文作者及其相关单位的积极支持和辛勤工作表示衷心的感谢。

专题策划人:吴巍,男,中国电子科技集团公司首席科学家、研究员级高级工程师、博士生导师,通信网信息传输与分发技术国家重点实验室主任。长期从事通信网络技术研究与装备研制工作,作为技术负责人或总设计师,主持完成了多项国家重大科研与工程任务,在通信网络与信息系统技术自主创新和工程应用上取得了多项创造性成果,获得国家科学技术进步奖二等奖1项,省部级一等奖6项、二等奖5项,发明专利授权25篇,出版专著4部。

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