基于空天车地一体化的轨道专用网络技术

基于空天车地信息一体化的轨道专用网络技术
1、研究空天车地立体环境下的信号传输机理，突破空间大范围、长距离宽带通信技术（1）研究空、天、车、地立体环境下的传输机制和传输原理，确定适合轨道交通安全保障的专用网络架构。

（2）研究不同通信基站的大范围、长距离通信技术，实现一体化专用网络的高覆盖、大带宽及分层通信。

（3）研究专用网络内卫星、平流层飞艇、无人机、列车及地面基站间的通信方式，确定高可靠通信协议与通信制式。

（4）研究专网在不同应用场景下，通过对组网方式、传输协议等软硬件技术综合优化传输性能，有效提高专网信息传输的稳定性、鲁棒性及使用寿命等。

大家可以看见每个任务下可能有若干个小技术点，用（1）、（2）……标明。

每个小技术点按照“大致分析每个内容中的技术难点，然后看看现有解决技术手段有哪些？株洲所是否具备技术基础、是否能对该问题进行研究或解决？株洲所不具备的话哪些公司过高校可能具备？”的思路，写个两三百字即可。

任务紧急，麻烦大家按照规定的时间提交，谢谢，记得解密！
研究空天车地立体环境下的信号传输机理，突破空间大范围、长距离宽带通信技术；
1、研究空天车地立体环境下的信号传输机理，突破空间大范围、长距离宽带通信技术
技术难点：
天地一体化存在多个问题：
A，拓扑结果是动态变化的；链路误码率高、链路切换不可预知、路由时间有限、链路传输时延长；
B，网络存在物理环路：子网是网状结构、星座间存在着多路径传输的问题、存在物理环路；C，计算能力有限：需要宇航级的芯片处理能力、处理能力有限、存储能力有限；
D，间距较远，易受干扰：上下不对称、传输时延大、易受外界干扰、安全威胁和攻击大。

对于网络协议体系，是采用IP交换还是采用其他的交换方式，不仅要考虑现有的系统，更重要的是要兼顾未来的发展，传输协议，路由协议和接入机制都要进行有针对性的设计和开发。

目前，天地一体化网络路由协议正处于“百家争鸣”阶段，普适性较差；现有传输协议主要面向深空段、空间段或邻近空间段的星际间或星地间通信。

针对未来大量用户的按需接入机制还没有一个完整的解决方案。

安全问题同样重要。

“从网络的物理层到应用层，天地一体化网络都存在安全隐患，并呈现出与地面网络不同的安全特征，信息安全保障的任务艰巨。

”刘立祥对记者说，天地一体化网络的无线传输特性、复杂组网结构、软硬件设计和实现缺陷、空间环境恶劣等特点，使得它更容易受到窃听、假冒、信息重放、物理损伤等手段的攻击和破坏。

此外，由于地面设备、卫星和其他航天航空设备距离较远，相互之间通信时延较大，通信链路也容易受到来自外界的干扰（如宇宙射线、电磁信号等），可能会加大信号传输中的错误率。

光通信技术的发展，为综合传送各种业务信息提供了必要的带宽和传输质量
1）、需要研究空、天、车、地立体环境下的传输机制和传输原理，确定采用何种适合轨道交通安全保障的专用网络架构；
现有的技术手段:现有的技术手段是，这个是重点，我需要在这个方面重点调研一下，比如采用****传输方法，导致****；
第二:这是基础、、研究，株洲所在基础研究上面非常薄弱，以前就没有专门的研究过。

只是拿来进行实践。

所以最好说不行，否则谁来搞？
株洲所在这个方面技术储备非常少，正在起步和积累阶段，如果投入足够的人力和资源，可以对该问题进行研究和解决。

株洲所不具备的，航天科技有限公司具备该项基础，此为基础技术研究，需要长时积累，我司可以通过发挥我们的专长：网络控制方法，列车实时传输协议等方案，推荐与第三方机构进行合作。

可以合作的单位有:
一：中国航天科技集团公司第五研究院第五O三研究所（航天恒星科技有限公司），其已经建立天地一体化信息技术国家重点实验室；
二：北京航空航天大学电子信息工程学院
现有技术:
我国天地一体化天基与地基信息网络
1．天地一体化天基与地基通信网络
天地一体化天基与地基通信网络即天地一体化卫星通信网与地面通信网。

卫星通信网与地面通信网一体化即为彼此综合或融合，它是通信网的重要发展方向，其典型综合示例如图4所示。

国际电联（ITU）对移动卫星通信业务与地面移动通信业务IMT—2000（International
Mobile Telecommunication-2000)的综合，根据卫星系统与地面系统之间实现综合的程度不同，把综合划分为五个层次：第一层为地理综合；第二层为业务综合；第三层为网络综合；第四层为设备综合；第五层为系统综合。

图4 卫星通信网与地面通信网综合示意图
卫星通信网与地面通信网综合，促使天地一体化通信网发展。

随着卫星固定业务、卫星移动业务、卫星广播业务三种业务融合，地面电信网、互联网和有线电视网三网融合，各种卫星通信网与各种地面通信网互联互通，各个国家之间通信网互联互通，未来的通信网，将是一
个包括地下的光缆，地面的微波中继和蜂窝移动通信，低轨道、中轨道以及静止轨道的通信卫星系统组成的服务于全球的综合通信网。

它们之间既可以单独组成通信系统，又可以在不同系统间互联互通，最后构成全球无缝覆盖的天地一体化的海、陆、空、天共用的能够提供各种带宽和多种业务的全球综合通信网。

2．天地一体化天基与地基遥感网络
包含天、空、地的各种平台和各种遥感传感器资源的融合构想示例见图5。

此图是天、空、地一体化的地球空间信息智能传感器网络(Geoinfo-Sensor-Web, GSW)。

智能传感器是具有信息处理、环境适应和自我修复功能的传感器，可采集、处理、交换信息，并自动恢复受环境影响而降低了的感知性能。

智能传感器一般与微处理器和无线发送装置集于一体，称作无线网络传感器节点。

节点一般置于观测对象的附近，或与观测对象直接接触，甚至埋于感兴趣观测对象当中。

图5 地球空间信息智能传感器网络架构
GSW的天、空、地协同式骨干网络包括5层感知网络平台：①太空平台，由遥感卫星和卫星地面接收站组成，卫星含各种光学、微波、红外的对地影像获取传感器或重力、磁力、大气、电离层的传感器；②高空平台，由平流层气球组成，含所需的光学、微波、红外等传感器载荷和定位及通信装置；③中空平台，由载人航空摄影测量和航空大地测量设备组成，含通信装置和时空、姿态传感器；④低空平台，由无人机装载的摄影测量、工程测量和大地测量设备组成，也含通信设备和时空、姿态传感器；⑤地基平台，由CORS（Continuously Operating Reference Stations)网与各种专业的智能传感网以及地面
地理域情智能传感网组成，近地或就地感知地理域情信息，它是地球空间信息智能传感网的地基基础设施。

上述每一种传感网络平台都有自己的智能化数据处理中心，这些处理中心实现互联、互通、共享互操作，向用户提供“所要即所得”的服务。

其次是光通信技术的发展，为综合传送各种业务信息提供了必要的带宽和传输质量；最后最重要的是TCP/IP协议的普遍采用，使得以IP 为基础的业务都能在不同的网上实现互通。

于是，形成了以宽带IP网络即互联网为基础三大网络融合。

本文以保障数据可靠传输为前提,以大范围持续性中继通信为应用,针对空天信息网络的特点和信息传输需求,在网络层面进行数据传输策略的研究。

重点针对网络正常运行时的数据可靠转发和网络资源优化,以及突发状况时的网络维护等问题设计相应策略,为空天信息网络实现可靠、高效的数据传输提供解决方案。

本文的主要工作和贡献包括以下几个方面:
(1)为保障空天信息网络数据的可靠转发,针对网络高动态特点,设计了空天信息网络的总体路由策略。

本文根据网络中各类节点的特点建立了空天信息网络的体系结构模型,明确了数据传输过程中各类节点的功能和任务,并对网络特点进行了详细分析。

针对空天信息网络的特点,确定了总体路由机制。

在此基础上针对网络拓扑的动态变化,尤其是高动态用户的位置变化,提出了路由转发策略。

在路由转发策略中,通过网络地址和包头的设计以及用户位置查询方法,实现用户高速移动情况下路由的快速建立,并通过路由维护策略保证用户频繁切换时数据转发的可靠性,为高动态环境下的数据转发提供了总体的技术框架。

(2)为实现对业务需求的保障和网络资源的优化利用,对网络路由协议进行了优化设计。

本文在分析网络业务类型和网络资源的基础上,提出了跨层资源优化模型,明确了网络各层协议的协作和信息共享方式。

然后针对网络资源受限、网络状态动态变化和业务多样等特点提出了基于跨层资源优化的QoS路由协议。

该协议设计了网络状态信息库、各类业务的路由协议优化模型以及计算优化路径所需的路由算法,根据应用层提供的业务类型、QoS需求以及应用层、链路层共同提供的网络状态信息进行路由的优化。

在数据可靠转发的基础上,提高了数据传输效率。

(3)为提高TCP业务的传输效率,优化利用瓶颈链路资源,对TCP拥塞控制方法进行了优化。

本文结合TCP原理和空天信息网络特点,对TCP协议在空天信息网络中所面临的问题进行了深入研究。

针对网络动态性高、误码率高、延时大、多跳传输、业务多样等特点,提出了基于跨层资源优化的TCP拥塞控制方法。

通过快速拥塞通知机制实现源节点对网络拥塞的及时感知和对丢包原因的正确判断;通过面向业务的拥塞控制机制,在网络发生拥塞时将瓶颈链路的资源更多地分配给高优先级的业务,从而综合解决了TCP协议在空天信息网络中遇到的问题。