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摘 要：天地一体化信息网络由陆基、空基、天基进行互联互通，以信息交换和传输为基础的网络基础设施，是目前各国科技产业发展研究的热点，本文阐述了天地一体化综合信息网络概念；分析了目前国内外天地一体化信息网络相关系统发展情况；并给出了目前发展中需要需要解决的几个问题。
关键词：天基信息网络 空间信息网络 天地一体化信息网络
一、引言
天基信息网络也叫天基信息系统，它是彼此独立或相关的卫星通信系统、卫星遥感系统、卫星导航系统、载人航天系统、空间物理探测系统、空间天文观测系统、月球和行星深空探测系统以及多种功能的临近空间飞行器系统等各种空间信息系统总称。天地一体化信息网络的天地一体化含义通常有两种：一种是单个天基网（如卫星通信网）与地基网（如地面通信网）通过信息或业务融合、设备综合或网络互联互通方式构成的天地一体化信息网络；另一种是单个天基网（如卫星通信网）自身的空间段（如通信卫星）与地面段（如各种通信地球站组成的应用系统）通过星地链路构成的天地一体化信息网络。我们可称前者为大天地一体化信息网络；后者为小天地一体化信息网络。天地一体化信息网络作为国家信息化重要基础设施，对拓展国家利益、维护国家安全、保障国计民生、促进经济发展具有重大意义，是我国信息网络实现信息全球覆盖、宽带传输、军民融合、自由互联的必由之路。
二、国内外研究发展现状
1.国内研究发展现状。我国天地一体化信息网络相关的研究和讨论已经持续了10多年，目前已经取得了一系列成果。2006年，沈荣骏院士首先提出了我国天地一体化航天互联网的概念及总体构想； 2013～2014年，工业和信息化部电子科学技术委员会组织了“天地一体化信息网络体系架构研究”重点课题，从发展战略、总体方案和关键技术等3个方面对天地一体化信息网络开展研究；2013年和2015年，国内先后两次召开了天地一体化信息网络的高峰论坛，对凝聚国内天地一体化信息网络相关研究力量并形成统一的认识发挥了重要作用；2015年，张乃通院士发表了《对建设我国“天地一体化信息网络”的思考》，对天地一体化信息网络的定位、边界作了清晰的说明，并提出了网络基本架构的设想和对建设工作的建议。
2.国外发展现状。近年来，国外类似的天地一体化信息网络项目主要包括 NASA 的空间通信与导航计划（SCaN），美军的转型通信架构（TCA），欧洲全球通信一体化空间架构（ISICOM） 和国际海事卫星（INMARSAT） 的BGAN SB-SAT 等。NASA SCaN 计划的主要目标是向 NASA和其他外部机构提供能够保障航天任务成功的一体化的空间通信、导航与数据系统服务。美国国防部于2002年提出了转型通信架构（TCA），其目标是适应美军的转型通信需求，打破通信瓶颈；提供用户之间进行安全、高速通信的体系结构；并无缝集成国防部、NASA 和情报机构的空间和地面系统。其工作重点是天基网络及其与地面网络的集成，并由此产生一个完整的、无处不在的基于 IP 的全球网络。欧盟欧洲技术平台“一体化卫星通信计划”（ISI）在 2007年末提出了全球通信一体化空间架构（ISICOM）的概念。ISICOM工作组一直在开展具体战略研究工作，明确在欧盟 Horizontal 2020 和欧空局（ESA）工作计划中必须完成的研发工作，其目标是建立一个基于IP的独立的通信网络，结合微波和激光链路实现大容量空间信息网络。ISICOM 同样由天基网络和地面网络两部分组成。
INMARSAT是目前国际最重要的商用卫星移动通信运营商，其4代卫星实现的宽带全球网（BGAN）业务能够为终端提供全球范围内的 IP互联网接入。基于BGAN 业务，INMARSAT可为低轨（LEO）卫星提供 SB-SAT通信模块，安装此模块后LEO卫星可实现最高432kbps的接入速率，并利用INMARSAT地面关口站网络实现近实时的天基信息回传。除了类似的规划较为完整的天地一体化信息网络，受新技术的发展，目前在商业领域出现了一些新的发展趋势。首先是低成本火箭发射技术的推动，其中的代表是美国 Space X公司，其Falcon 系列火箭单次发射费用已降低到4500万美元，低于我国长征系列火箭，而龙货运飞船的单次发射成本仅1.3亿美元。尽管载荷能力、在轨时间有限，但由于研制成本低廉，公斤级Cube-sat卫星已大量应用于各类科学试验与在轨验证任务。正是由于发射成本和制造成本的大幅下降，利用微小衛星多星组网方式实现的针对具体需求的天地一体化信息网络正不断涌现。这些公司并不把自己看作是卫星公司，因为卫星对于他们并不是最终产品，而只是获取所需的空间大数据的手段。
三、需要解决的几个问题
1.天地网络协调发展。在天地一体化信息网络的建设过程中，天地两个网络的建设规划需要综合考虑、协调发展。受技术水平、政策法规等因素的影响，天基网络的发展要滞后于地面网络，因此需做好天地一体化信息网络的顶层规划，从技术发展、政策支持、资金投入等方面促进天基网络的建设。
2.系统运营。天地一体化信息网络作为国家的基础信息设施，在系统运营上应采用集中与分级相结合的统一管理机制。一方面，技术上要实现天网和地网资源的融合，具备统一、快捷的资源调度机制，可根据任务保障需求，在天网、地网之间灵活调配资源，协同完成任务保障；另一方面，系统运营不能完全从商业角度考虑，需要兼顾公益性和商业性，尤其要考虑到天基网络的特殊性，需国家政策及资金上的扶持。
3.开放与安全。在天地一体化信息网络中，天地网络是一体的，这就要求天基网络具有良好的开放性，支持各类服务应用，支持用户无感接入或即插即用。因此，天地一体化信息网络在设计及建设初期就要将网络及电磁空间安全问题放在首要位置，采用防无线注入的空中接口设计、自主协议增强、可信可控交换路由、分级分布星地密码广域部署等技术措施，有效解决网络开放性与安全性的冲突问题。
4.军民结合。天地一体化信息网络是一个覆盖全球的信息基础设施，是一个兼顾军民两用的信息网络，在建设中要充分考虑到军民用户不同的信息保障需求，如设置多级别的信息安全保密等级，以满足军用及特殊用户的信息安全要求；为高机动用户设置快捷波束，支持其运动过程中的高速数据传输等。
四、结语
当前，我国的信息化建设正处于一个关键的发展时期，面临着三网融合、下一代互联网过渡、4G/5G移动技术发展、赛博空间安全等诸多变革。在此之际，我们应抓住国家经济快速发展、国际地位巩固提升的历史机遇，借助我国航天技术发展的巨大推动作用，促进天基网络的快速发展，尽快建设一个与我国国际地位相符的全球信息基础设施。
参考文献 ：
[1]沈荣骏. 我国天地一体化航天互联网构想[J]. 中国工程科学， 2006， 8（10）：19-30.
[2]胡源， 姜会林， 丁莹，等. 天地一体化信息网络国外发展现状与趋势[C]// 全国通信与信息技术学术年会. 2013.
[3]刘显著， 丁莹， 胡源，等. 天地一体化信息网络的几点思考与建议[C]// 全国通信与信息技术学术年会. 2013.
[4]张乃通， 赵康僆， 刘功亮. 对建设我国“天地一体化信息网络”的思考[J]. 中国电子科学研究院学报， 2015， 10（3）：223-230.
[5]姜会林， 刘显著， 胡源，等. 天地一体化信息网络的几个关键问题思考[J]. 兵工学报， 2014（s1）.
关键词：天基信息网络 空间信息网络 天地一体化信息网络
一、引言
天基信息网络也叫天基信息系统，它是彼此独立或相关的卫星通信系统、卫星遥感系统、卫星导航系统、载人航天系统、空间物理探测系统、空间天文观测系统、月球和行星深空探测系统以及多种功能的临近空间飞行器系统等各种空间信息系统总称。天地一体化信息网络的天地一体化含义通常有两种：一种是单个天基网（如卫星通信网）与地基网（如地面通信网）通过信息或业务融合、设备综合或网络互联互通方式构成的天地一体化信息网络；另一种是单个天基网（如卫星通信网）自身的空间段（如通信卫星）与地面段（如各种通信地球站组成的应用系统）通过星地链路构成的天地一体化信息网络。我们可称前者为大天地一体化信息网络；后者为小天地一体化信息网络。天地一体化信息网络作为国家信息化重要基础设施，对拓展国家利益、维护国家安全、保障国计民生、促进经济发展具有重大意义，是我国信息网络实现信息全球覆盖、宽带传输、军民融合、自由互联的必由之路。
二、国内外研究发展现状
1.国内研究发展现状。我国天地一体化信息网络相关的研究和讨论已经持续了10多年，目前已经取得了一系列成果。2006年，沈荣骏院士首先提出了我国天地一体化航天互联网的概念及总体构想； 2013～2014年，工业和信息化部电子科学技术委员会组织了“天地一体化信息网络体系架构研究”重点课题，从发展战略、总体方案和关键技术等3个方面对天地一体化信息网络开展研究；2013年和2015年，国内先后两次召开了天地一体化信息网络的高峰论坛，对凝聚国内天地一体化信息网络相关研究力量并形成统一的认识发挥了重要作用；2015年，张乃通院士发表了《对建设我国“天地一体化信息网络”的思考》，对天地一体化信息网络的定位、边界作了清晰的说明，并提出了网络基本架构的设想和对建设工作的建议。
2.国外发展现状。近年来，国外类似的天地一体化信息网络项目主要包括 NASA 的空间通信与导航计划（SCaN），美军的转型通信架构（TCA），欧洲全球通信一体化空间架构（ISICOM） 和国际海事卫星（INMARSAT） 的BGAN SB-SAT 等。NASA SCaN 计划的主要目标是向 NASA和其他外部机构提供能够保障航天任务成功的一体化的空间通信、导航与数据系统服务。美国国防部于2002年提出了转型通信架构（TCA），其目标是适应美军的转型通信需求，打破通信瓶颈；提供用户之间进行安全、高速通信的体系结构；并无缝集成国防部、NASA 和情报机构的空间和地面系统。其工作重点是天基网络及其与地面网络的集成，并由此产生一个完整的、无处不在的基于 IP 的全球网络。欧盟欧洲技术平台“一体化卫星通信计划”（ISI）在 2007年末提出了全球通信一体化空间架构（ISICOM）的概念。ISICOM工作组一直在开展具体战略研究工作，明确在欧盟 Horizontal 2020 和欧空局（ESA）工作计划中必须完成的研发工作，其目标是建立一个基于IP的独立的通信网络，结合微波和激光链路实现大容量空间信息网络。ISICOM 同样由天基网络和地面网络两部分组成。
INMARSAT是目前国际最重要的商用卫星移动通信运营商，其4代卫星实现的宽带全球网（BGAN）业务能够为终端提供全球范围内的 IP互联网接入。基于BGAN 业务，INMARSAT可为低轨（LEO）卫星提供 SB-SAT通信模块，安装此模块后LEO卫星可实现最高432kbps的接入速率，并利用INMARSAT地面关口站网络实现近实时的天基信息回传。除了类似的规划较为完整的天地一体化信息网络，受新技术的发展，目前在商业领域出现了一些新的发展趋势。首先是低成本火箭发射技术的推动，其中的代表是美国 Space X公司，其Falcon 系列火箭单次发射费用已降低到4500万美元，低于我国长征系列火箭，而龙货运飞船的单次发射成本仅1.3亿美元。尽管载荷能力、在轨时间有限，但由于研制成本低廉，公斤级Cube-sat卫星已大量应用于各类科学试验与在轨验证任务。正是由于发射成本和制造成本的大幅下降，利用微小衛星多星组网方式实现的针对具体需求的天地一体化信息网络正不断涌现。这些公司并不把自己看作是卫星公司，因为卫星对于他们并不是最终产品，而只是获取所需的空间大数据的手段。
三、需要解决的几个问题
1.天地网络协调发展。在天地一体化信息网络的建设过程中，天地两个网络的建设规划需要综合考虑、协调发展。受技术水平、政策法规等因素的影响，天基网络的发展要滞后于地面网络，因此需做好天地一体化信息网络的顶层规划，从技术发展、政策支持、资金投入等方面促进天基网络的建设。
2.系统运营。天地一体化信息网络作为国家的基础信息设施，在系统运营上应采用集中与分级相结合的统一管理机制。一方面，技术上要实现天网和地网资源的融合，具备统一、快捷的资源调度机制，可根据任务保障需求，在天网、地网之间灵活调配资源，协同完成任务保障；另一方面，系统运营不能完全从商业角度考虑，需要兼顾公益性和商业性，尤其要考虑到天基网络的特殊性，需国家政策及资金上的扶持。
3.开放与安全。在天地一体化信息网络中，天地网络是一体的，这就要求天基网络具有良好的开放性，支持各类服务应用，支持用户无感接入或即插即用。因此，天地一体化信息网络在设计及建设初期就要将网络及电磁空间安全问题放在首要位置，采用防无线注入的空中接口设计、自主协议增强、可信可控交换路由、分级分布星地密码广域部署等技术措施，有效解决网络开放性与安全性的冲突问题。
4.军民结合。天地一体化信息网络是一个覆盖全球的信息基础设施，是一个兼顾军民两用的信息网络，在建设中要充分考虑到军民用户不同的信息保障需求，如设置多级别的信息安全保密等级，以满足军用及特殊用户的信息安全要求；为高机动用户设置快捷波束，支持其运动过程中的高速数据传输等。
四、结语
当前，我国的信息化建设正处于一个关键的发展时期，面临着三网融合、下一代互联网过渡、4G/5G移动技术发展、赛博空间安全等诸多变革。在此之际，我们应抓住国家经济快速发展、国际地位巩固提升的历史机遇，借助我国航天技术发展的巨大推动作用，促进天基网络的快速发展，尽快建设一个与我国国际地位相符的全球信息基础设施。
参考文献 ：
[1]沈荣骏. 我国天地一体化航天互联网构想[J]. 中国工程科学， 2006， 8（10）：19-30.
[2]胡源， 姜会林， 丁莹，等. 天地一体化信息网络国外发展现状与趋势[C]// 全国通信与信息技术学术年会. 2013.
[3]刘显著， 丁莹， 胡源，等. 天地一体化信息网络的几点思考与建议[C]// 全国通信与信息技术学术年会. 2013.
[4]张乃通， 赵康僆， 刘功亮. 对建设我国“天地一体化信息网络”的思考[J]. 中国电子科学研究院学报， 2015， 10（3）：223-230.
[5]姜会林， 刘显著， 胡源，等. 天地一体化信息网络的几个关键问题思考[J]. 兵工学报， 2014（s1）.