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空间互联网技术发展现状及趋势研究

摘 要：空间互联网技术对航天监测、定位导航、远洋航行等空间应用的发展有非常重要的作用，它是实现全球互联互通的关键手段。分析、研究了空间互联网技术的发展现状，阐述了空间互联网发展过程中存在的问题，并结合当下互联网空间技术的发展情况预测了空间互联网技术的发展趋势。
关键词：空间互联网技术；计算机网络；网络管理技术；安全防护
：TN927+.2 ：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2015.24.003
在计算机网络不断发展的今天，互联网的使用规模逐渐扩大，互联网技术也在不断更新，它已被广泛应用于各个领域中。
1 空间互联网技术
空间互联网技术是利用地面互联网技术的优势有效整合空间中存在的信息资源，并以卫星为物理传输媒介，遵循“高效利用，综合集成”的原则，充分发挥自身优势，利用网络节点与地面准确连接的通信网络。
2 空间互联网技术发展现状
2.1 资源单一
空间互联网具有不受地理环境约束的优势，其覆盖能力超过了地面互联网，便于实现全球化的网络连接。但是，空间互联网有很多网络节点仅由卫星负担运载，所以，导致空间互联网一直在资源单一且受约束的条件下运行，它与地面节点和链路资源比较，得不到稳定、有效的保障。在其运行过程中，随着卫星运行位置和运行规律的不断变化，空间互联网的拓补结构也发生了变化，出现了通信链路频繁断开、信息传输延误、误码率增大等诸多问题，严重影响了通信传输质量。因为空间互联网技术只能依靠空中设备运行，所以，大大降低了空间互联网技术的使用性能和实际应用性能。
2.2 发展能力差
要想有效利用空间互联网技术，就必须要有强大的计算机芯片，这与地面互联网技术是相同的。因为空间资源有限，所以，在处理庞大信息量的过程中，必须要有超大的储存量和强大的计算能力。但这样会在满足上述条件的情况下降低计算机芯片本身的运行能力。至此，在卫星运动轨迹变化的情况下，空间互联网本身的拓补结构发生了较大的变化，断网情况逐渐增多。
由于空间互联网技术的网络协议还不是很完善，各国卫星系统是各自独立的，分别有自己的用户群和管理部门，而这些机构和部门自成体系、互不兼容，导致设备建设重复、资源共享度差、综合应用效力低下。空间互联网对地面的信息传输需要经过不同国家和机构的准入，需要耗费大量的资金，投入更多的时间，从而降低了空间互联网技术的推广使用率。
2.3 传输可靠性低
空间互联网结构错综复杂，它包括基于空间网络拓扑、空间节点与链路和节点间的相互关系，分层、接口、协议、数据流量等一系列的结构。当空间互联网设施执行动态接入操作时，其随意性比较大，会对空间网络数据传输的连续性和稳定性造成很大的影响。地表设置的地面网路通信设施与空间卫星的距离非常远，传输时间也很久，所以，会降低空间互联网传输的可靠性。
2.4 安全性弱
因为空间互联网传输信息的路径比较远、地域跨度大、监管难度大，所以，在传输信息的过程中，需要花费更多的时间，而且还容易导致数据丢失、遭到窃听、受到干扰和一系列的网络攻击，影响信息的传输安全。在网络自由世界中，空间互联网是不设防的，因此，急需提升对空间互联网的监管能力。现有的空间网络安全技术无法区别正常项目的使用和网络攻击、窃听等恶意行为，这需要全世界共同努力。只有这样，才能进一步提高空间互联网的安全性和可靠性。
3 空间互联网技术的发展趋势
3.1 发展空间网络路由技术
空间路由技术是空间互联网技术发展的关键。但是，由于空间环境具有特殊性和不隐蔽性，数据连接误码率高、数据延时性高、错误性高，限制了网络路由技术的发展。所以，提高信息处理能力是未来空间互联网发展的主要方向。
空间互联网的运行依赖于星载网络设备，需要在特定的空间平台里设计、研制相应体积、质量、功率的路由交换设施。空间互联网路由器是空间网路的重要组成部分，是必不可少的物理基础结构。针对空间互联网运行的高度自主性和节点间的适应特性，要求空间路由器要满足高动态条件下的高效路由特性，在轨卫星跨波束高信息量的交换能力，在轨卫星编译、存储、读取、转发能力，从而提高空间互联网的信息处理能力和传输质量。
3.2 发展网络管理技术
网络管理技术是空间网络技术发展的核心，它承担着网络状态的监控、预测和警报、空间任务的分配和管理等任务。因此，要想充分利用空间互联网技术，必须研发出高效的网络管理技术。
空间互联网的体系构架、组网协议和应用模式管理是网络管理的重点。建立以天基传输网为核心的空间互联网体系，将卫星、空间站、飞机、地面网络和移动通信设备接入网络，并依靠地面站运行，由导航设施、地面控制中心为其提供支持。在相邻的卫星之间实行互联，通过链路连接实现卫星的中继和转发，进而建立分层、对等的子系统，实现灵活、可靠地拓扑结构。在空间互联网通信协议方面，鉴于通信数据的多样性、节点之间的多跨度、接入方式的多种类，需要发展多跨度大空间的异构链路信息综合接入技术，针对无线链路接口进行研究，以满足空间互联网的应用和开发。应用模式管理是指空间信息在正常状态、紧急状态和战争状态下的不同管理办法，确保关键信息传输的畅通性和安全性。由此可知，研究多用途、高效率、方便接入和管理的空间互联网管理系统势在必行。
3.3 发展宽带通信技术
空间互联网面临着通信效率低、宽带兆率小、传输速度慢等问题，它们严重制约了互联网技术功能的发挥。因此，在发展空间互联网技术的同时，还要进一步提升空间通信的效率和质量，大力发展空间激光通信技术。因为其具有良好的抗干扰性和抗截获性，所以，它将是空间通信未来重点发展的方向。
空间互联网主要在星间、星地传输数据，而制约传输效率的因素主要包括传输距离、天线的性能、载波能力和轨道动态特性等。鉴于此，要加大对微波通信技术和激光通信技术的研究力度，解决太空极高频通信技术抗衰减性和抗干扰性差的问题，提高太空天线的性能，保证接收信号的准确性。空间激光通信是以激光为载波，在空间实现语音、图像和数据等信息无线传输的通信方式；微波通信是使用波长在0.001～1 m的电磁波进行通信。另外，空间节点和链路呈动态变化且稀疏分布，导致多点到多点的信息传输容量随网络拓扑的时变、空变而发生变化，高动态时变网络给传统信息传输理论带来了巨大的挑战，使大时空跨度下实时端到端传输容量优化的可靠性和稳定性成为极大的难题。当前需重点研究时变网络的信息传输理论、空间信息网络资源感知与优化调度、高动态时变网络的智能协同方法等课题。
3.4 加强安全防护措施
在空间互联网技术尚未成熟的今天，由空间向地面传输的信息极易被截获，进而出现信息被泄露的情况。所以，要加大对安全防护技术的研究力度，有效保证信息传输的安全性。
空间互联网的复杂性、异构性、数据接口开放性都会影响其自身的安全，所以，制订既能保证空间互联网的适用性，又能保证空间互联网的安全性的解决方案是目前研究的重点。构建安全结构体系、设计安全路由、采取安全链路切换、进行安全传输控制、深度秘钥管理是加强空间互联网安全防护的措施。针对当前空间互联网的安全威胁和安全需求设计相应的安全保障体系框架是各国大力研发的方向。在卫星网络中构建多功能的需求性路由协议，采用相对适应延时验证机制缩短路由器的发现时间，可以提高传输的安全性和可靠性。对于空间网络移动性管理技术，要想确保它能够安全切换，就要结合空间网络的拓扑特性，采用预认证方式保证安全模式下的数据流量传递工作能够顺利进行。在空间网络中空间隧道安全和网络协议安全的基础上，进一步加强身份密码制度的管理，对于信息的接收和采集工作，采取多身份接入签密制度，分层分配权限并集中秘钥管理。在管理过程中，要区分公钥密码管理和对称秘钥管理，全程管理不同秘钥的生命周期。为了避免计算节点的开销过大，还应该采用多种TLS握手协议，以减少密码计算和通信握手的时间。
4 结束语
目前，空间互联网技术还存在许多不足，要想使该技术有进一步的发展，就必须不断革新技术，规范协议，优化空间环境，做到真正意义上的全球互联互通，使空间互联网技术得到更好的发展。
参考文献
[1]李纪舟，路璐，郭利民.空间互联网技术发展现状及趋势[J].通信技术，2015（01）：1-7.
[2]李宇原.空间互联网技术发展现状及趋势探讨[J].通讯世界，2015（10）：14-15.
[3]李宇原.空间互联网技术发展现状及趋势探讨[J].通讯世界，2015（10）：14-15.

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