1.2 空间信息网络特点

空间信息网络系统组成如图1-1所示。根据网络空间分布情况，将空间信息网络划分为以下几个主要组成部分。

图1-1 空间信息网络系统组成

（1）天基骨干网

整个天基骨干网由3～5个分布在不同轨道位置上的地球同步轨道（Geostationary Earth Orbit，GEO）卫星簇组成。一颗或多颗GEO卫星组成一个GEO卫星簇。GEO卫星簇逻辑上可以看作一个卫星节点，但实际可能包括导航、通信、遥感、中继等多种卫星，协作完成多种功能，包括信息获取、处理、传输、交换、存储、计算、分发等。GEO卫星簇之间和簇内各卫星之间可通过高速的微波或激光星间链路实现信息交换。

（2）天基接入网

天基接入网主要包括各类宽带接入、移动接入和安全接入，具体包含以下几个部分。

● 中低轨卫星：中低轨卫星作为天基GEO卫星骨干网的补充，可改善高纬度地区和极区的服务性能。这些卫星可能工作在倾斜地球同步轨道（Inclined Geosynchronous Orbit，IGSO）、高椭圆轨道（Highly Elliptical Orbit，HEO）、中地球轨道（Middle Earth Orbit，MEO）或低地球轨道（Low Earth Orbit，LEO）上，可以通过星间链路实现与天基骨干网之间的信息交换。

● 导航卫星：导航卫星通过天基骨干网接入空间信息网，既能用于导航信息的注入，也能利用其他子网实现导航服务的增强。

● 各类航天器：包括飞船、空间站、导弹、火箭等。这些航天器不仅自身具备通信功能，还具备信息获取和在轨处理功能，一般通过高速微波或激光链路接入天基骨干网。

● 升空平台：升空平台主要布设在应急救援、城市热点等区域，实现区域内的通信、导航、遥感增强。各升空平台之间、升空平台与地面/卫星节点之间可以通过微波或激光链路接入天基骨干网。

（3）地面信息网络

地面信息网络主要包含以下几个部分。

● 地面及低空用户终端：包含各类手持终端、便携站、固定站、车载站、舰载站、无人机、飞行器等。这些用户终端可以通过天基骨干网、中低轨卫星网、各类航天器或升空平台网接入空间信息网，获取各类信息服务。用户终端一般使用微波链路实现其与各类空间平台之间的信息交换，仅有极少数的宽带用户终端可能会具备与空间平台之间的激光通信能力。

● 地基节点网：各类地面及低空用户终端通过地基节点网实现与空间信息网络的互联互通，同时地面的骨干网络也通过地基节点网接入空间信息网，从而形成天地双骨干网的架构。

空间信息网络可支持的服务主要包括侦察监视、预警探测、网格计算、空间处理以及云计算等。业务要素主要包括以下4类。

● 常规通信业务：主要指传统数据、语音、图像等面向用户提供的常规通信业务，具有综合性、大数据量的特点。

● 遥感业务：指通过传感器/遥感器（如人造卫星、航天飞机、宇宙飞船、火箭等）在非接触目标和远离目标条件下探测信息，具有单向性、大容量的特点。

● 测控业务：指各类空间平台（如各类卫星、升空平台、航天飞机等）与地面测控中心之间传输遥测和遥控信息，具有高可靠性、低速传输的特点。

● 控制信息：指各类空间平台和地面控制中心之间传输的指挥以及控制信息，具有实时性、高可靠性的特点。

尽管空间信息网络和地面网络的很多通信机理类似，空间信息网络会借助地面网络完成端到端任务，但是，如图1-1所示，不同于地面网络，空间信息网络有其特殊的性质，主要体现在以下几个方面。

● 空间信息网络中的节点，比如卫星、航天飞行器，运行在距离地面几百到几万千米的轨道上，传输时延必然较长。随着技术的发展，卫星通信的带宽不断提高，带宽时延乘积大也成为空间信息网络的一个重要特性。

● 空间信息网络本质上属于无线网络，误码率较高。太空环境的影响、星座的运行模式以及卫星本身的能力，种种因素使空间信息网络的误码率进一步加大。

● 随着卫星星座的运行，星间链路会定时中断，需要切换到新的路径上。另外，随着飞行器节点的高速移动以及不断有飞行器节点加入、离开空间网络，会出现空间信息网络拓扑的频繁动态变化。

● 随着卫星星座的运行以及飞行器节点的移动，卫星之间、飞行器之间的距离可能发生变化。不同于地面网络往返时延相对不变，空间网络中的往返时延会随着卫星、飞行器的移动以及链路的切换不断变化。

● 在空间信息网络中，有各种类型的节点，比如飞机、地面站、卫星等。飞机节点一般装备功率有限的全向天线，地面站一般装备大功率的定向天线，卫星和地面站之间正向链路（从卫星到地面的链路）和反向链路（从地面到卫星的链路）采用不同的带宽，这就使空间信息网络中出现了大量的非对称链路，即通信链路的正向链路和反向链路的带宽不相等。