日前，中科院軟件所天基重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)布“天智協(xié)議棧”beta版，可有效支撐衛(wèi)星之間互聯(lián)互通互操作，大大加快衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的步伐。“如此眾多的衛(wèi)星之間只有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨界互聯(lián)，打破信息孤島，才會(huì)凝結(jié)出更強(qiáng)大的天基智慧。”中國(guó)科學(xué)院軟件所研究員、天基實(shí)驗(yàn)室研究一部主任劉立祥表示，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，協(xié)議是靈魂和核心，對(duì)網(wǎng)絡(luò)效能的發(fā)揮能力起著決定性作用，希望天智協(xié)議棧的發(fā)布，能夠使國(guó)內(nèi)天基信息組網(wǎng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域掀起新的研究熱潮。

　　星間大互聯(lián)，需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“不問(wèn)出處”

　　為了解決天地一體化互聯(lián)組網(wǎng)，中科院軟件所天基實(shí)驗(yàn)室自2003年起，在中科院的支持下，攜手中國(guó)科大、清華、北郵、北航、國(guó)防科大、中電54所等十余所高校和研究院所，經(jīng)過(guò)十余年的探索，才有了“天智協(xié)議棧”今天的成果。

　　天基智能網(wǎng)絡(luò)為什么需要協(xié)議呢？

　　“協(xié)議”可以理解為數(shù)據(jù)間的“互信”“互聯(lián)”。人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并不陌生，在地面的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，采用的是TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，可以在各種硬件和操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)互操作。有了TCP/IP協(xié)議，不會(huì)因?yàn)檫@臺(tái)機(jī)器使用Windows系統(tǒng)，另一臺(tái)機(jī)器使用Linux系統(tǒng)就無(wú)法傳遞信號(hào)了，安卓和蘋(píng)果系統(tǒng)也可以在同一套協(xié)議中互相聯(lián)絡(luò)。

　　空天的互聯(lián)，需要天基衛(wèi)星間能夠?qū)崿F(xiàn)終端無(wú)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)、應(yīng)用無(wú)關(guān)的終端與服務(wù)發(fā)現(xiàn)、定位和訪問(wèn)。不同星座間對(duì)數(shù)據(jù)的接收、計(jì)算等需要做到“英雄不問(wèn)出處”。

　　“目前的衛(wèi)星大致分為資源遙感、導(dǎo)航定位、通信服務(wù)等三類(lèi)，它們采用獨(dú)立的天、空、地基系統(tǒng)提供服務(wù)。”劉立祥說(shuō)，不同的星座自成體系，要將不同的遙感衛(wèi)星或其他衛(wèi)星獲取的信息在天基進(jìn)行互操作服務(wù)目前是非常困難的。任務(wù)不同的衛(wèi)星“天生”就不一樣，比如資源遙感衛(wèi)星、情報(bào)衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星，其對(duì)信息實(shí)時(shí)性、安全性、傳輸帶寬要求各不相同。

　　“需要一個(gè)總的‘掌舵者’，既能接收、傳送不同的信息，還能對(duì)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行協(xié)同和調(diào)配。”劉立祥說(shuō)，天智協(xié)議棧設(shè)計(jì)的目的是可以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，支持天基物聯(lián)網(wǎng)、空間互聯(lián)網(wǎng)以及天地一體化組網(wǎng)等，對(duì)于規(guī)則和不規(guī)則組網(wǎng)類(lèi)型都可以實(shí)現(xiàn)很好的支持，它的“包容度”好，衛(wèi)星數(shù)目可以從幾顆到幾千顆不等。

　　“現(xiàn)有的TP、TCP加速、VCP等都是傳輸層協(xié)議，都是針對(duì)星上環(huán)境進(jìn)行了協(xié)議優(yōu)化。但是單個(gè)協(xié)議的性能無(wú)法決定協(xié)議棧的性能，要想實(shí)現(xiàn)協(xié)議的高性能首先必須從體系上入手，設(shè)計(jì)合理的體系結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)。”劉立祥說(shuō)，天智協(xié)議棧就是那個(gè)總的“掌舵者”。

　　動(dòng)態(tài)IP虛擬化，適應(yīng)衛(wèi)星閃速飛行

　　在地面，每臺(tái)機(jī)器都會(huì)分配一個(gè)IP地址使得它們“認(rèn)識(shí)”和“區(qū)分”彼此。但在空天域中，中低軌通信衛(wèi)星以及大橢圓軌道衛(wèi)星等持續(xù)高速移動(dòng)，使得它們的接入節(jié)點(diǎn)隨時(shí)變化。

　　衛(wèi)星的閃速飛行，為統(tǒng)一組網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)信息應(yīng)用帶來(lái)了一個(gè)難題。“如果給每一個(gè)衛(wèi)星賦予一個(gè)IP，能夠解決統(tǒng)一地址分配問(wèn)題，但衛(wèi)星的快速移動(dòng)使得它在網(wǎng)絡(luò)中的地址不斷出現(xiàn)變化，這對(duì)路由將造成非常大的影響。”

　　為了將天基衛(wèi)星移動(dòng)和終端的移動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響降低到最低，天智協(xié)議棧采用全新的動(dòng)態(tài)IP虛擬化技術(shù)，有效解決衛(wèi)星/終端移動(dòng)造成的地址頻繁切換、終端尋址困難等難題。“我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)層采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，設(shè)計(jì)了針對(duì)單層、雙層、三層等不同衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及地面和空間一體化路由機(jī)制和地址管理協(xié)議。”劉立祥說(shuō)，通過(guò)虛擬化，將衛(wèi)星的IP和標(biāo)識(shí)進(jìn)行了有效統(tǒng)一，為天地一體化路由和傳輸提供了全新的解決方案，還可以支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳、負(fù)載均衡以及多徑選擇等個(gè)性化的需求。

　　天智協(xié)議棧在設(shè)計(jì)時(shí)嵌入了多種模型，包括環(huán)境模型、安全模型和不同的業(yè)務(wù)模型（如會(huì)話(huà)、交互、傳輸、采集等），對(duì)不同的鏈路狀態(tài)能夠進(jìn)行智能感知，并根據(jù)衛(wèi)星的狀態(tài)以及互聯(lián)情況，進(jìn)行窄帶、寬帶業(yè)務(wù)的“自適應(yīng)”。

　　兼容能力強(qiáng)，打造天基信息網(wǎng)絡(luò)大生態(tài)

　　“‘天智協(xié)議棧’beta版的研制，不僅可以大力支撐國(guó)家天地一體化網(wǎng)絡(luò)、以及航天科技、航天科工、中科院等行業(yè)部門(mén)衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)，對(duì)商業(yè)航天也將起到極大地促進(jìn)作用。”劉立祥表示，基礎(chǔ)研究為應(yīng)用創(chuàng)新打好基礎(chǔ)。

　　總體來(lái)講，天智協(xié)議棧由5層組成，包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層，基礎(chǔ)協(xié)議模塊28個(gè)，核心協(xié)議模塊37個(gè)，為了更好的服務(wù)于天基復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境，協(xié)議棧嵌入了天基環(huán)境、故障、安全等關(guān)鍵模型15個(gè)，可提供不同的功能組合與調(diào)用。

　　為了接納不同的技術(shù)要求，形成天基信息網(wǎng)絡(luò)的大生態(tài)。協(xié)議棧在每個(gè)層面都有“兼容能力”。例如，在鏈路層面，激光和微波有著不同的通信方式，針對(duì)衛(wèi)星和終端的移動(dòng)，專(zhuān)家們重點(diǎn)設(shè)計(jì)了一體化網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)管理協(xié)議及接入和鑒權(quán)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的有效管理和開(kāi)放，既支持傳統(tǒng)的協(xié)議，也支持CCSDS協(xié)議，面向衛(wèi)星和終端的移動(dòng)性管理體制，可自適應(yīng)接入和一體化測(cè)運(yùn)控，支持其他定制協(xié)議。

　　劉立祥還表示，為了給天地一體化網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)評(píng)估、分析、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的地面驗(yàn)證平臺(tái)，項(xiàng)目組還開(kāi)發(fā)了一套面向天地一體化組網(wǎng)應(yīng)用的天智網(wǎng)絡(luò)測(cè)試床，能夠支持衛(wèi)星組網(wǎng)系統(tǒng)的方案與技術(shù)論證、仿真實(shí)驗(yàn)與測(cè)試、系統(tǒng)演示與效能評(píng)估，可支持全數(shù)字、半物理仿真等不同的測(cè)試接口功能，兼顧未來(lái)星上設(shè)備研制和地面測(cè)試需要，可集成用戶(hù)終端、星載組網(wǎng)設(shè)備、應(yīng)用業(yè)務(wù)等模擬器或原理樣機(jī)。