２００４年，ＮＡＳＡ 公布了一份关于空间信息 网 络 的 报 告［１０］，介 绍 了ＮＡＳＡ空 间 探 索 、科 学 考 察
图１ ＳＣａＮ 结构示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＳＣａＮ
第 ４０ 卷 第 ６ 期
李 德 仁 等 ：论 我 国 空 间 信 息 网 络 的 构 建
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的 规 划 ，其 中 设 计 了 天 地 一 体 化 网 络 的 构 架 ，包 含 构架 的 组 成、接 口、网 络 层 次 模 型 等 内 容；２００６ 年，ＮＡＳＡ 的 空 间 通 信 体 系 工 作 组 （ｓｐａｃｅ ｃｏｍ－ ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｇｒｏｕｐ， ＳＣＡＷＧ）给出了２００５～２０３０年 ＮＡＳＡ 空间通信 与导航体系 结 构 及 相 关 ６ 大 关 键 技 术 领 域 的 建 议［１１］，以指导未来的空间通 信 与 导 航 能 力 及 技 术 的 发 展 建 设 ，满 足 未 来 各 种 航 天 任 务 的 需 要 。 ２．２ 国 内 研 究 现 状
９７３ 计 划 、８６３ 计 划 开 展 了 相 关 基 础 理 论 和 关 键 技 术先期研究。２０１３年，国家 自 然 科 学 基 金 委 正 式 启动了空间信息网络基础理论与关键技术重大研 究计划，拉开了系 统 开 展 空 间 信 息 网 络 基 础 理 论 研究的序幕。
２００２年，罗雪 山 等 对 空 地 一 体 化 信 息 支 持 系 统 进 行 了 概 念 研 究［１２］，提 出 构 建 集 成 空 间 传 感 器 、 网络基础设施和用户终端的集成系统的设想；２００５ 年，李德仁等从对地观测信息应用角度出发，提 出 构 建 智 能 对 地 观 测 系 统［１］（见 图 ２），指 出 多 平 台 协 同 是 未 来 对 地 观 测 系 统 的 发 展 趋 势 ；２００６ 年 ，沈 荣 骏 提 出 了 我 国 的 天 地 一 体 化 航 天 互 联 网 构 想 ，论 述 了 我 国 空 天 一 体 化 互 联 网 的 体 系 构 架［３］，为 我 国 空 间 信 息 网 络 建 设 提 供 了 参 考 ；２０１２ 年 ，李 德 仁 提 出 以提供快速 、精 确 和 实 时 的 空 间 信 息 服 务 为 目 标 ， 开展对天空地一体化对地观测网络理论与技术的 研究［２］科学版
２０１５ 年 ６ 月
２）结 构 复 杂，技 术 难 度 大。 由 于 时 空 跨 度 大，信 息 维 度 高，空 间 信 息 网 络 面 临 海 量 数 据 传 输、信 息 实 时 处 理 等 难 题，特 别 是 在 资 源 受 限、时 空约束条件下，空 间 信 息 网 络 的 负 载 能 力 与 可 靠 性成为突出的瓶颈问题。
摘 要 ：空 间 信 息 网 络 是 以 空 间 平 台 （如 同 步 卫 星 或 中 、低 轨 道 卫 星 、平 流 层 气 球 和 有 人 或 无 人 驾 驶 飞 机 等 ）为 载体，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统。空间 信 息 网 络 通 过 组 网 互 联 ，实 时 采 集、传 输 和 处 理 海 量 数 据 ，实 现 卫 星 遥 感 、卫 星 导 航 和 卫 星 通 信 的 一 体 化 集 成 应 用 与 协 同 服 务 。 介 绍 了 空 间 信 息 网 络 的 基 本 概 念 ， 分析了空间信息网络的主要功能和特点；在总结相关领域 的 国 内 外 研 究 进 展 的 基 础 上 ，论 述 了 我 国 构 建 空 间 信 息 网 络 的 重 大 意 义 ，并 对 我 国 空 间 信 息 网 络 的 研 究 目 标 和 科 学 问 题 进 行 了 论 述 。 关 键 词 ：空 间 信 息 网 络 ；卫 星 组 网 ；信 息 传 输 ；协 同 观 测 ；在 轨 处 理 中 图 法 分 类 号 ：Ｐ２０８ 文 献 标 志 码 ：Ａ
第４０卷 第６期 ２０１５ 年 ６ 月
武汉大学学报·信息科学版 Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．６ Ｊｕｎｅ ２０１５
ＤＯＩ：１０．１３２０３／ｊ．ｗｈｕｇｉｓ２０１５００２１
文 章 编 号 ：１６７１－８８６０（２０１５）０６－０７１１－０５
２ 空间信息网络的发展现状
２．１ 国 外 研 究 现 状 空间信息网络将极大地拓展科学研究的空间
和时间尺度，世界各国充分认识到空间信息网络在 国际竞争和国民经济发展中的重要作用，空间信息 网络的相关理论和技术研究取得了长足的发展。
围绕空间信息 网 络，西 方 国 家 相 继 实 施 了 一 系列研 究 计 划。１９９６ 年，美 国 ＮＡＳＡ 将 其 主 要 卫星测控通信网合并，建立了 ＮＡＳＡ 综合业务网
１）一星多用，兼顾其他。空间信息网络通 过 通信、遥 感、导 航 等 载 荷 与 平 台 高 效 集 成，进 行 协 同 观 测 、在 轨 处 理 和 一 体 化 组 网 传 输 ，实 现 空 天 资 源按需配置和灵性服务。
收 稿 日 期 ：２０１５－０１－２０ 项目来源：国家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （９１４３８２０３）；中 国 博 士 后 科 学 基 金 资 助 项 目 （２０１４Ｍ５６２００６）；武 汉 大 学 自 主 科 研 资 助 项 目
随着我国 对 空 间 资 源 开 发 和 利 用 的 不 断 深 入，空间信息 网 络 的 相 关 研 究 受 到 高 度 关 注。 我 国自“九五”提出 了 天 基 综 合 信 息 网，在 “十 一 五” 期间提出了空间 信 息 网 络 的 概 念，并 逐 步 启 动 了 相关领域的基 础 理 论 和 关 键 技 术 研 究。《国 家 科 技中长期发展规划》中 将 空 天 技 术 与 下 一 代 信 息 网络关键技术与 服 务、传 感 器 网 络 及 智 能 信 息 处 理等作为信息领域的重要发展方向。科技部通过
（２０４２０１４ｋｆ００５９）。 第一作者：李德仁，博士，教授，博士生导师，中国科学院院士，中国 工 程 院 院 士，国 际 欧 亚 科 学 院 院 士，主 要 从 事 以 ＲＳ、ＧＰＳ 和 ＧＩＳ 为 代
表 的 空 间 信 息 科 学 的 科 研 教 学 工 作 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｒｌｉ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 通 讯 作 者 ：沈 欣 ，博 士 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｎｓｈｅｎ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
论我国空间信息网络的构建
李 德 仁１，２ 沈 欣１，２，３ 龚 健 雅１，２ 张 军２，４ 陆 建 华２，５
１ 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉，４３００７９ ２ 地球空间信息技术协同创新中心，湖北 武汉，４３００７９ ３ 武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉，４３００７９ ４ 北 京 航 空 航 天 大 学 电 子 信 息 工 程 学 院 ，北 京 ，１００１９１ ５ 清 华 大 学 电 子 工 程 系 ，北 京 ，１０００８４
上 百 颗 卫 星 、上 万 架 有 人 、无 人 飞 机 运 行 在 地 球 上 空 ，如 何 最 大 效 率 地 发 挥 它 们 的 作 用 ，支 持 人 类 社 会 可 持 续 发 展，是 一 个 尚 待 解 决 的 新 命 题。 空 间 信 息 网 络 是 以 空 间 平 台 （如 同 步 卫 星 或 中 、低 轨 道 卫 星 、平 流 层 气 球 和 有 人 或 无 人 驾 驶 飞 机 等 ） 为 载 体 ，实 时 获 取 、传 输 和 处 理 空 间 信 息 的 网 络 系 统 。 空 间 信 息 网 络 通 过 组 网 互 联 ，实 时 采 集 、传 输 和 处 理 海 量 数 据 ，实 现 卫 星 遥 感 、卫 星 导 航 和 卫 星 通信的一体化集成应用与协同服务。
构建空间信息 网 络，不 仅 需 要 提 高 空 间 设 施 的 数 据 获 取 能 力［１，２］，提 升 高 动 态 条 件 下 网 络 节 点 的 通 信 能 力 ，扩 大 服 务 范 围 ，还 需 研 究 和 建 立 一 套 性 能 良 好 、安 全 可 靠 、可 灵 活 重 构 、开 放 互 联 、支 持互操作的新型 信 息 网 络 系 统，以 实 现 信 息 资 源 的综合利用 和 统 一 管 理 。 ［３，４］ 智 慧 地 球 时 代 的 物 联 网 ［５］应 当 从 地 面 向 空 间 扩 展 。
１ 空间信息网络的功能与特点
１．１ 空 间 信 息 网 络 的 功 能 通 过 天 基 、空 基 和 地 基 网 络 的 互 联 互 通 ，空 间
信 息 网 络 具 有 信 息 获 取 、处 理 、分 发 的 一 体 化 服 务 能 力 ，可 实 现 信 息 的 高 效 智 能 服 务 。
１）遥 感 与 导 航 数 据 快 速 获 取 与 处 理 服 务。 通过多平台协同 观 测、星 地 协 同 处 理 和 星 地 快 速 传输，实 现 全 天 时、全 天 候、近 实 时 获 取、处 理 遥 感 、导 航 等 多 种 数 据 ，将 信 息 及 时 推 送 给 用 户 。
（ＮＡＳＡ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｎｅｔｗｏｒｋ，ＮＩＳＮ）［４］； １９９８年，ＮＡＳＡ 的ＪＰＬ 实验室启动了星际互联网 （ｉｎｔｅｒｐｌａｎｅｔａｒｙ ｎｅｔｗｏｒｋ，ＩＰＮ）项 目［６］，旨 在 为 深 空 探 测 任 务 提 供 通 信 、导 航 服 务 ，目 前 该 项 目 已 完 成相关体系机构 和 协 议 的 制 定，正 在 推 进 仿 真 验 证工作；２０００ 年，ＪＰＬ 开 展 了 下 一 代 空 间 互 联 网 （ｎｅｘｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｐａｃｅ ｉｎｔｅｒｎｅｔ，ＮＧＳＩ）的 项 目［３］，研究 利 用 通 用 通 信 协 议 （ＩＰ 协 议、ＣＣＳＤＳ （ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｖｅ ｃｏｍｍｕｎｉｔｔｅｅ ｆｏｒ ｓｐａｃｅ ｄａｔａ ｓｙｓ－ ｔｅｍ）建 议 ）实 现 对 地 观 测 卫 星 与 地 面 网 络 的 互 联；２００２年，美国国防部、ＮＡＳＡ 等共同启动了转 型 通 信 研 究 （ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｒ－ ｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＴＣＡ）［７］，旨 在 改 进 其 全 球 军 事 卫 星 通信体系结构，实现空 天 宽 带 数 据 传 输；２００６ 年， ＮＡＳＡ 将空间 通 信 活 动 划 归 空 间 通 信 与 导 航 网 络 （ｓｐａｃｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ， ＳＣａＮ）［８］ 管 理 （如 图 １ 所 示，见 ｈｔｔｐ：／／ｓｐａｃｅ－ ｆｌｉｇｈｔｓｙｓｔｅｍｓ．ｇｒｃ．ｎａｓａ．ｇｏｖ／ｓｏｐｏ／ｓｃｏ／ＳＣａＮ－ Ｔｅｓｔｂｅｄ／Ｐａｙｌｏａｄ／Ｄｅｓｉｇｎ／），整 合 原 有 的 天 基 网 络 、近 地 网 络 和 深 空 网 络 的 通 信 与 导 航 任 务 ；２００７ 年，美国国 防 部 又 将 太 空 互 联 网 路 由 器 （ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｒｏｕｔｉｎｇ ｉｎ ｓｐａｃｅ，ＩＲＩＳ）计 划 列 ［９］ 入 财 政 预 算，研 究通过高轨通信卫星携带的路由器缩短卫星通信 时延。