[发明专利]基于有线等效网络的空间信息网架构

说明书

技术领域    空间电子学

背景技术

所述的空间信息网SIN是指地球同步轨道GEO以下的地球空间飞行器组成的信息网络，也称地球空间的信息网ESIN，以区别深空信息网DSIN或星际互联网IPN。 

浩瀚空间有众多高速飞行器（卫星，飞船，导弹，临空平台，无人机，…），空间尺度变化大而复杂，SIN的网络架构和链路模型在时-空域大尺度变化，网络中信号微弱，延迟大。空间与地面在网络环境，网络功能，服务对象等方面差异太大。地面网络架构、协议、传输链路不能直接用于SIN。需研究适应空间环境与功能的网络。例1：中国工程院信息学部于2010年下达了“空间信息网SIN的构建研究”重点咨询研究项目，由申报者负责。信息学部于2013年在郑州由15位信息学部的院士对该课题进行验收评审。评审意见书（见附件）第二条指出：“报告针对SIN在时、空域的高动态、长延迟、高误码、异构性论述了有线等效网络WEN、空间区域网SLAN、空间广域网SWAN等概念”，最后认为研究报告的结论和建议有前瞻性、综合性、创新性。例2：国家基金委组织了多次“双清论坛”讨论有关SIN的基础问题。申报者参加了41期、47期、63期论坛，并作大会报告。申报者提出的有线等效网络WEN作为SIN基础架构方案，得到大家一致认同。例3：中国空间技术研究院CAST西安分院市场部也要求申报者作“天空地一体化网络”探索储备性研究。例4：多所高校、学会、研究单位邀请申报者作相关学术报告。另方面，上述情况也得到大家关心，建议申报发明专利，既推广又保护这一知识。 

发明内容

在浩瀚空间，有众多飞行器高速飞行，为对它们组网，提出有线等效网络WEN（Wired Equivalent Network）的概念。WEN把空间中的飞行器按区域，轨道，功能分类处理。首先，一颗同步卫星和它视场区域的中低轨飞行器，物理上可通过无线链路把它们连接组网。在短时间内（时间长了，有的飞行器飞出，有的飞入），可认为这是一个用若干长到几万公里的光缆、电缆连接成的短期有线局部区域网络。其次，虽然空间众多飞行器在时-空域大尺度变化，但还是可以设置一些相对固定的点。它们是同步卫星和地面站。这些点在物理上可经微波或激光的星际链路ISL、星地链路SGL连接成网络。可认为这是一个用若干长到几万公里的光缆、电缆连接成的空间中长期稳定的有线网络。再次，空间中长期稳定的有线网络可作为骨干网把空间中短期有线局部区域网络连接成空间中的广大区域网。最后是解决“短期”问题，为此设计了越区切换协议，把一个短期有线网络变成动态稳定的长期有线等效网络，即SIN。 

以上基于WEN构建SIN的详细内容叙述如下： 

1、在同步轨道GEO上放置一颗测控通信卫星TCS（TTC&COM Satellite）。国际上的TTC（Tracking Telemetering&Command）我国业内人士称“测控”。集成文献[1]→[6]所述技术，能使TCS同时对其视场内的空间飞行器，即用户USER或称移动站MS，进行测控与通信。TCS与其服务范围的众多MS之间虽有第一宇宙速度的大动态时空变化，但仍可通过窄波束多目标跟踪和码分多址CDMA技术以柔性电波链路连接，如同有若干长到几万公里的光缆、电缆连接成的有线网络。当然WEN的大动态延迟，低信噪比，网络环境与功能，服务对象等都和地面网络有很大差异，两种网络运行的协议也自然不同。地面网络运行的TCP/IP协议，而WEN可借用已有的CCSDS协议或其它空间数据标准协议。协议不属本专利范围。 

2、建立空间区域网SLAN（Space Local Area Network）。基于WEN的SLAN如图1所示。这是一个有基础构架的基本业务组If-BSS。TCS为访问点AP。TCS覆盖 区域的入网飞行器是移动站MS，即用户（USER）。AP的主要功能是：①AP与各MS进行通信，各MS之间不直接通信，需要时通过AP通信。②AP负责整个SLAN与网外通信。③AP对SLAN进行管理，包括会话管理、功率管理、同步管理。会话管理包括MS申请加入SLAN时的认证、关联，数据交换时的地址过滤、加密和信息保护。功率管理指各MS平时处于静默（只收不发）状态，当收到AP的询问后才作回答发射。同步管理保证收发端的载波、时钟、码位、帧、标识号等同步。