对天地一体化信息网络的思考

◎王小谟 院士

天地一体化信息系统为网络创新提供了一个非常好的平台，也为自主可控安全提供了一个很重要的挑战。然而，在这样的任务中怎么创造一个全新的安全可控的网络，这是我们下面想做的事情。首先，这样的一个平台应该具有四方面的内容：第一，它应该是全球覆盖的。第二，应该是军民融合的。第三，应该是宽带的高速公路。最后，它要跟各种网络相接，所有一切都离不开网络安全。

一、全球天地一体化通信网络概况

网络种类非常多，有应用网络、通信网络等，这里主要讨论的是通信和互联网的问题。网络包括两部分：一部分叫网络结构，也就是主要物理的拓扑；另一部分是体系架构，是非常重要的一个方面，就是如何把它连起来以后具备各种各样的功能。

（一）全球通信网络系统

王小谟院士在2018国家网络安全宣传周网络安全技术高峰论坛主论坛上作主旨演讲

全球的网络首先是从通信网络开始，共分成九个系统。最早的一个网络叫铱星系统，大家都比较清楚；后来又有一个叫全球系统；第三个就是窄带系统，后来被地面网络代替；然后主要的就是高轨为代表的Inmarsat，已经走了五代。最近几年低轨网络发展较快，我们提出的四个东西都是高轨卫星的，就不仔细介绍这几个系统了。

铱星到今天为止已经发布了第二代，第二代除了通信以外还做了一些全球探测。这个轨道星系统很特别，它不是采用均匀的。它共包括47颗卫星，有7个轨道平面。它是在不同高度上，因为不同高度就有不同的周期，密集的地方星多一点，不密集的地方星少一点。因此在三个低轨系统里面，它的效益是最好的。

由于在商业上低轨卫星不是很合算，所以主要就是高轨兴起。有很多是一个国家放一个卫星，就覆盖了。全球主要还是Inmarsat，已经发了10颗，组成全球的通信系统。第五代有颠覆性的变化，它的用户频段从L波段转到K波段，它的带宽增加了400倍，因此是一个换代性的产品。低轨互联网应用最热的是Oneweb，目前已经得到LEO的频率，认为34个国家用它的东西就能维持，目前已经有7个国家表态让它入境。它主要提出一个问题：用多少卫星？因为现在的电子技术和卫星技术使卫星的经济造价大幅下降，引起了卫星制造的一场革命，从没有人一天能制造一个卫星，到现在一天要制造几个卫星，这是一种新的想法。Spacex提出的是4425，还在论证阶段。日本投资的计划，可能是108个，进展也比较快。

（二）网络协议

网络的另外一个方面就是如何组成网络的体系结构，刚才介绍的这些网络都是以通信为基础的，有窄带的有宽带的，它基本上是采用通信的协议，没有采用全球互联的协议。

目前在天地一体化网络当中，用得比较多的一个叫CCDS协议，这个跟互联网接近，它分五层，主要就是在卫星测控当中应用。它比较特殊的是通信协议里边有四个协议，一个是FP，FP主要就是在层应用网络上，因为卫星探测数据量比较大，它做了这个图像压缩，在传输协议上不是用速度，而是用充传机制。网络协议是精简报头，从32位精简到8位,这个8位的话资源开销非常小。IPV6是128位，所以也是很好的协议，它是基本动态联系的体制。它采用了IP机制，统一了空间的数据，因此比较容易存储。CCDS推出的建议书具有显著的前瞻性和创新性，空间量的协议也比较完善，30多年中开发了200多项建议，24项标准，目前各国都在采用。它存在的主要问题是什么？就是不支持IPV4和IPV6，不能直接互操作，因此转换要损失部分功能，它是8位的报头，协议特征比较少，所以有时候不够用。不同的数据联系是统一联系数据存储，因此不容易找，不容易区分，有优点也有缺点，对于动态支持也差一些。

第二个比较出名的叫DTN网络，是延时容忍网络，我们在星际互联上会断续和阻挡，怎么办？就采取了两个措施，一个就是它上面加了一层Bundle层，就是覆盖，把不同节点的东西统一起来。第二个比较重要的问题，它叫存储转发，在每一个节点都有永久性的存储，跟接力赛一样，等到了这个节点全部都输齐了再到那里，来实现端到端的通信。它的创新是很多的，是以消息来代理分组，由名称路由代替地址的路由，由逐跳安全可靠传输代替端到端安全可靠传输，目前还处于研究阶段。

（三）网络体系

网络体系中最重要的就是TCP/IP体系，已被现在大多数地面网络采用。天和地连起来会有什么问题呢？第一个是网络共存。比如，在天上延时很长，而且天地不对称，同时，还有高误码率、中断等问题。而在天上更容易受到攻击，安全也是问题。要解决这些问题，才能用到天地一体化的网络之中。网络架构的话，大部分都是天星地网。天基网络只有两个，一个是一星二代，它还是以通信为主的；第二是军品，叫极高频通信卫星，它是星间联网的，63级窄频，但是它也是不依靠地面的。有一个天地一体化叫转型卫星，现在美国人已经下马了，就是总体上因为种种原因暂停了，一些基本技术还在研究之中。体系结构就是三种体系各有优缺点，我们希望天地一体化融合几个协议的优点。

二、发展趋势与展望

网络结构发展有以下三种：第一是覆盖范围不断扩大，从单星到组网到全球，空间体系日益完善；第二是星间链路从无到有，星间通信能力不断增强，星载数据处理能力不断增强，天基网络也不断增强。比较成功的案例都是经过几代迭代发展的。最后一点，当前的星地网络还是以高轨的卫星骨干为主，现在提出的低轨值得我们注意。

未来的发展难点可能有两个。第一个难点，由于采用KA频段和用户链接，KA频段能不能直接跟用户链接，这是一个比较大的问题。因为很多用户在房间里，KA的穿透能力很差，如果是通过地面站转发，又失去了卫星WIFI的意义。第二个难点，就是如果是军用布局的话，2/3的地方都在海洋，在WIFI和用户经济效益上能不能得到突破，这也是问题。因此这几个低轨的全球卫星，最后是不是能够成功，能不能得到发展，我们需要拭目以待。

网络结构就是天星地网最成熟，但是它必须有强大的地面光缆设备。因此，应该采取高轨和地面骨干网比较好，体系结构IP是比较成熟的，分层结构大家也基本认帐，不同异构网络用网关转也可以，因此以IP技术为基础，有效融合CCSDS和DTN成果，这是可行的选择。国家确立设立天地一体化信息系统，为我们提供了网络科技创新的平台，中国电科愿意和全国有识之士一起创造我国自主可控的新型网络。谢谢大家！