|2.2 网络架构|

网络架构是网络体系的结构性表述，是对网络目标愿景、结构要素、协议规则的整体性设计，通常也称为网络体系结构。网络架构决定了网络体系发展蓝图和构建方式，已经成为网络体系创新发展的原动力。早在二十世纪七八十年代，互联网先驱Bob Kahn和Vint Cerf为了实现ARPNET中不同类型计算机互联，开发了著名的 TCP/IP，奠定了互联网体系架构的基础；国际标准化组织（ISO）在系统网络体系结构（SNA）、数字网络体系结构（DNA）等基础上，提出了开放系统互联参考模型（OSI/RM），成为现代网络信息系统设计的重要指南。近年来，随着互联网、物联网应用的蓬勃发展，国内外在推进IPv6、4G/5G等新一代地面网络技术大规模应用的同时，纷纷布局新一代天基网络系统建设，并积极谋划面向全场景应用的天地一体化信息网络发展，加速推进天基网络与地面网络深度融合，确保为用户提供泛在网络信息服务。目前，国际上天地网络建设基本采取“地面网络为依托、天基网络为拓展”的发展思路，分别针对宽带通信、数据中继、移动通信等应用场景，形成了3类各不相同的网络架构和技术体系，并不断与互联网技术体系融合。

2.2.1 面向宽带通信的网络架构

面向宽带通信的网络架构主要由国际电信联盟（ITU）、欧洲电信标准学会（ETSI）等机构提出，重点面向宽带卫星多媒体（BSM）系统。宽带卫星多媒体系统是以承载高速率、大容量、交互式宽带多媒体业务为主要目标的卫星通信或广播系统。该类系统通常采用 Ku、Ka 或者更高频段资源和时分复用/频分多址（TDM/FDMA）、时分复用/多频时分多址（TDM/MF-TDMA）等技术体制，基于透明或处理转发模式为用户提供高速宽带通信服务。该类系统容量大、运行效率高，无须铺设昂贵的地面基础设施即可实现网络快速部署，并能够与互联网无缝互联，实现端到端多媒体业务传输，典型系统案例如 SpaceWay-3、AmerHis、WINDS、WGS、ViaSat-1、Inmarsat-5等。

（1）应用场景

宽带卫星多媒体系统可以采用透明转发器或再生（处理）转发器来构建。采用透明转发器的宽带卫星多媒体系统，星上仅对信号物理中继转发，不涉及信息处理；采用再生（处理）转发器的宽带卫星多媒体系统，星上不仅完成信号中继处理，还要完成物理层以上高层协议处理。ETSI根据不同的转发器、回传信道、网络拓扑类型，将宽带卫星多媒体系统组网应用模式划分为透明星状（TSS）、透明网状（TSM）、再生网状（RSM）等类型。

基于透明转发器，宽带卫星多媒体系统可采取星状或网状组网应用模式。TSS组网模式下，系统通常由主信关站和若干用户终端组成，用户终端之间通信通过主信关站转发，主信关站采用集中管理模式，完成用户终端管理与控制、无线资源分配与管理、业务交换与路由以及与地面网络互联互通功能，系统实现简单但信关站要求高、业务传输时延长，可选标准主要包括ETSI的DVB-S/RCS、美国通信工业协会（TIA）的IPoS。TSM组网模式下，系统仍然由信关站和若干用户终端组成，但用户终端之间通信无须经过信关站转发，信关站主要负责全网同步、无线资源分配与管理，所有信令（如资源申请信息）都由信关站处理，对用户终端要求较高，目前无统一标准。具体应用场景如图2-2所示。

基于再生（处理）转发器，宽带卫星多媒体系统可实现更加灵活的网状组网应用模式。该模式下，卫星采用星上处理、交换和路由技术，实现系统内多终端全网状通信，无线资源管理（RRM）功能主要在星上完成。目前，美国休斯公司SpaceWay-3、欧洲 AmerHis 系统均采用此模式，ETSI 采纳了两个系统空中接口设计方案，分别定义为 RSM-A（SpaceWay-3）和 RSM-B（AmerHis）两种模式。其中，SpaceWay-3空中接口基于TDM/MF-TDMA技术体制，上行链路采用RS编码/OQPSK调制方式，下行采用RS级联卷积编码/QPSK调制方式；AmerHis空中接口也基于 TDM/MF-TDMA 技术体制，上行链路基于 DVB-RCS 标准，采用 Turbo编码/QPSK调制方式，下行链路基于DVB-S标准，采用RS级联卷积编码/QPSK调制方式。具体RSM模式和工作原理如图2-3所示。

（2）网络架构

针对宽带卫星多媒体系统，国际电信联盟ITU-R S.1709建议给出了网络架构及空中接口的一般性描述，S.1711建议给出TCP在系统中应用优化的解决方案。其中，ITU-R S.1709定义了一个包含接入网、分发网、核心网实体的网络架构，接入网主要负责向终端用户提供服务，分发网主要负责将多媒体内容分发到网络边缘，核心网主要提供站点之间的数据中继，典型网络架构如图2-4所示。

ETSI宽带卫星多媒体（BSM）工作组开发了一个处理标准IP地址、宽带卫星多媒体承载、底层无线传输承载3类业务的宽带网络功能结构。同时，为了将所有卫星系统通用功能与卫星专用功能业务区分开来，定义与卫星无关的业务访问点（SI-SAP）作为上下层之间接口和宽带卫星系统承载业务的端点，如图2-5所示。

针对IPoS星状网络系统，网络由主站段、空间段、用户段3段组成。其中，主站段，支持大量远方终端通过卫星接入互联网，由大型地面站及相关数据处理设备组成；空间段，主要指地球同步轨道卫星上的弯管式转发器，允许在主站与终端之间双向传输数据；用户段，包括各类用户终端，每个终端都能够与地面站进行远程宽带IP通信，支持用户计算机间应用交互，网络架构如图2-6所示。

针对DVB-S/RCS系统，网络由用户终端（RCST）、业务网关（TG）、支线站、卫星、网络控制中心（NCC）等组成。其中，TG 接收 RCST 返回信号，向外部公共或专用业务提供者和网络提供计费、交互服务和连接功能。支线站采用卫星数字视频广播（DVB-S）标准传输前向链路信号，复用了卫星交互网络操作所需的用户数据和控制、定时信号。NCC提供网络监视和控制功能，为网络产生由一个或多个支线站发送的控制和定时信号。网络架构如图2-7所示。

（3）协议体系

针对宽带卫星多媒体系统用户终端与卫星之间的通信，ETSI从分层角度设计了网络协议栈模型，分为卫星相关、卫星无关两部分协议，在适应卫星通信特点同时又与现有地面互联网兼容。其中，卫星相关协议设计与卫星通信系统特有的技术特征、工作模式有关，主要包括卫星物理（SPHY）层、卫星媒体接入控制（SMAC）层、卫星逻辑链路控制（SLLC）层等；卫星无关协议独立于卫星通信系统特有的传输环境，实现寻址、多播及服务质量（QoS）保证等功能，可直接采用较为成熟的地面网络协议簇，如TCP/IP。两部分协议之间通过SI-SAP交互，需要在数据链路层实现卫星相关适配功能（SDAF），完成卫星相关协议到服务访问点的映射；在网络层实现卫星无关适配功能（SIAF），完成网络层以上协议到服务访问点的适配。卫星无关业务访问点及其相关适配功能在逻辑上可划分为用户面、控制面、管理面服务，以分别对应数据、控制、管理类信息传输和适配处理，进而增加上层应用灵活性。协议栈模型如图2-8所示。

卫星相关协议最早可追溯到1994年发布的第一版DVB-S标准ETS300.42，后续 ETSI 从扩展双向交互通信、增强信道传输性能、提高频谱效率等角度，相继又制订了DVB-RCS（2000年）、DVB-S2（2005年）、DVB-RCS2（2011年）、DVB-S2X （2014年）等标准，核心技术体制均为TDM/MF-TDMA，类似标准还有美国的IPoS、ETSI 的 RSM-A/B。基于统一的网络协议模型，不同组网应用模式可采用不同的SPHY、SMAC、SLLC层协议栈配置，实现不同类型的空中接口，以适应不同特点的卫星网络系统架构和业务类型，进而支持端到端业务传输，如图2-9所示。

按照上述协议架构，宽带卫星多媒体系统可与地面互联网较好地互联融合。基于宽带卫星多媒体系统的IP子网可以像全球互联网其他IP子网一样，部分端系统通过卫星IP子网连接到全球互联网。针对互联网业务，非卫星侧IP应该保持不变，协议适配由卫星子网边缘的IP互通功能实现，SI-SAP为通用IP互通功能提供了标准框架，以确保卫星IP子网和非卫星IP子网之间的透明互操作能力。融合架构和协议栈配置如图2-10所示。

2.2.2 面向数据中继的网络架构

面向数据中继的网络架构主要由空间数据系统协商委员会（CCSDS）等国际组织提出，重点面向空间信息网络。空间信息网络是以航天器为主要载体，实现空间信息实时获取、传输、处理和分发的网络系统。作为空间关键信息基础设施，空间信息网络面向载人航天、深空探测、对地观测、海洋监视等应用场景，既可支持大量航天器信息实时高速传输，也可支持深空探测器超远程控制和数据回传，从而将人类活动拓展至太空乃至深空。目前，针对空间信息网络体系架构和协议技术，国际上相继开展了星际互联网（IPN）、互联网节点操作任务（OMNI）、空间通信与导航（SCaN）、转型通信卫星（TSAT）系统、容迟容断网络（DTN）等多项研究实践活动，逐步发展成为以CCSDS协议为主体的网络技术体系。

（1）应用场景

空间信息网络应用场景大致可分为近地、深空两大类应用。近地应用主要支持中低轨航天器、空中飞行器等节点互联和数据回传，典型案例如TSAT系统。TSAT系统是美军全球信息栅格（GIG）转型通信体系的重要组成，原计划部署5颗高速激光互联的静止轨道卫星，建立类似地面的天基骨干网，实现陆海空天一体化互联，从根本上改善美军全球组网通信能力。通过天基组网，将传感器图像的传输时间由原先数小时缩短至数秒，转型通信卫星系统应用场景如图2-11所示。

深空应用以NASA空间通信与导航（SCaN）项目为代表，将与NASA相关网络整合成由近地网络（NEN）、空间网络（SN）、深空网络（DSN）组成的太空互联网，旨在为整个太阳系内航天器飞行任务提供通信导航服务，包括跟踪、定位、授时及数据收发等。其中，近地网络主要为月球任务、轨道或亚轨道任务提供空间通信与导航服务；空间网络主要由地球同步轨道上的跟踪与数据中继卫星（TDRS）系统组成，实现与近地、深空网络互联；深空网络则主要通过全球分布的地面站大孔径天线，实现对地球同步轨道卫星乃至太阳系边缘深空探测器的有效覆盖，空间通信与导航应用场景如图2-12所示。

（2）网络架构

面向空间信息网络建设，CCSDS等国际组织开展了体系架构及标准研究工作。例如，2003年5月，CCSDS发布下一代空间互联网（NGSI）报告，提出了基于IP的空间网络协议体系，确定了网络实现地面终端与在轨终端之间通信的体系架构，可看作空间网络体系架构的初步探索。2007年5月，因特网工程任务组（IETF）发布“容迟网络（DTN）体系架构”标准建议，在网络层和传输层之间定义了一个全新的端到端覆盖层——Bundle层，采用存储转发工作模式以支持在长时延、易中断的空间网络环境中传输信息。2007年6月，机构间操作指导组（IOAG）决定成立空间互联网战略组（SISG），启动空间网络互操作研究。2008年11月，SISG提交空间互联网发展战略研究报告，阐述空间网络必要性、适用任务类型、发展时间表、路线图以及转型过程中需要考虑的具体问题，提出建立太阳系空间互联网（SSI）。2010年8月，CCSDS发布《空间容迟容断网络应用背景、场景及要求》绿皮书，规定了太阳系空间互联网各组成要素类型、位置和关系，从操作层面明确了空间互联网业务规则与实施流程。2014年7月，CCSDS发布《太阳系空间互联网体系架构》绿皮书，对空间互联网进行了完整描述和规定。

空间互联网是一个在太阳系范围内向空间任务用户提供端到端通信业务的网络，从交互角度，把地面交互支持服务扩展到空间，把空间交互支持服务放在端到端的网络层实现；从实现角度，不是将现有空间通信协议推倒重来，而是基于现有空间链路协议和地面网络协议实现。典型空间互联网架构如图2-13所示。

（3）协议体系

空间互联网具有链路误码率高、传输时延大、连接时断时续等特点，无法直接采用传统地面互联网TCP/IP，需要进行适应性改进或创新。目前，可用于空间互联网的协议主要分为空间IP、CCSDS协议、DTN协议3类。其中，CCSDS协议是体系最完备、应用最广泛的空间互联网协议，由空间数据系统协商委员会组织开发和发布。该协议借鉴了OSI/RM分层协议模型和TCP/IP体系的思想，针对空间信息网络节点动态性高及链路传输距离远、时延大、间歇性、不对称等特点进行优化，设计了包含物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层的5层协议模型，每层又包括若干可供组合的协议。其中，物理层协议规定射频参数和调制格式，数据链路层协议又根据不同应用场景划分为TM、TC、AOS、Proximity-1等类型，网络层包括SPP、SCPS-NP、IPv4/IPv6等协议，高层协议则包括CFDP、SCPS-FP、SCPS-TP、SCPS-SP等类型。该体系包含空间信息网络特有的全栈协议，涉及物理传输、组网互联、业务支持、安全增强等方面，同时注重与地面互联网TCP/IP兼容，并开始扩展对DVB协议的支持。2012年9月，空间数据系统协商委员会发布《IP over CCSDS Space Links》蓝皮书，规范在空间链路层协议（AOS、TC、TM、Proximity-1）上实现IP数据分组传输方式，以适应互联网应用快速发展，典型协议栈模型如图2-14所示。

此外，NASA通过OMNI项目研究如何将地面互联网技术应用到航天器上，采用 IP 技术实现空间网络和地面网络互联，采用 TCP 实现地面用户与航天器间端到端连接。OMNI 采用分层分块协议设计思路，屏蔽空间网络特殊性，允许根据实际情况分块部署、独立更新各部分协议，如图2-15所示。该项目基于空间链路，进行了一系列地面试验及飞行搭载试验，证明了空间使用IP技术的可行性。

DTN起源于NASA喷气推进实验室（JPL）1998年发起的星际互联网（IPN）项目。星际互联网与地面互联网的最大区别在于：节点之间传输时延及变化非常大，天体遮挡导致网络连通性难以保证（出现间歇连接现象）等。为此，DTN协议在TCP/IP基础上，针对上述特点进行增强设计，即在应用层和传输层之间引入新的Bundle层，通过存储转发、分段拼接方式克服网络间歇性连接问题。Bundle层提供类似转发网关的功能，可与CCSDS协议、TCP/IP互操作，如图2-16所示。目前，NASA 在遥感、深空探测、空间站等应用领域开展了一系列 DTN 试验，对DTN自动存储转发机制、网络协议和软件实现等关键技术进行了探索和验证。

2.2.3 面向移动通信的网络架构

移动通信网络技术的持续发展和广泛应用，为地面用户提供了极大的便利性，催生了移动互联网、泛在物联网的新兴应用生态。随着人类活动范围不断从地面向海上、空中扩展，综合移动通信和卫星通信技术的优势，将地面蜂窝移动通信技术应用到卫星系统中，借助卫星网络覆盖范围广的特点，实现不受地理空间、气候条件限制的移动通信服务，越来越受到重视。从最早的Iridium系统开始，人们就在不断地研究地面移动通信向天基拓展、移动通信与卫星通信融合的途径，并不断付诸实践。例如，ETSI相继发布了基于GSM的卫星空中接口标准（GMR-1/2）、基于UMTS 的卫星空中接口标准（S-UMTS）以及基于补充地面组件（CGC）技术的星地一体化网络系统标准DVB-SH、S-MIM，分别用于Thuraya、Inmarsat-4 BGAN、ICO-G1等卫星移动通信系统中；ITU-R相继制订面向IMT-2000的卫星空中接口标准 M.1850、面向 IMT-Advanced 的卫星空中接口标准 M.2047，我国基于地面LTE-Advanced FDD提出了LTE-Satellite接口标准建议；3GPP则启动面向5G非地面网络（NTN）的标准研究，欧洲航天局正在开展卫星5G（SaT5G）相关项目研究。这些方案的共同特点就是对地面移动通信技术的适应性改进，以支持天地泛在的移动通信服务。

（1）应用场景

卫星移动通信系统可以在沙漠、海洋等地面网络无法覆盖的区域为用户提供移动通信服务，并且在地震、海啸等灾难性事件发生的时候满足应急通信的需求，是地面移动通信网的有效补充，是地面移动通信网向全域空间拓展并实现无缝覆盖的重要手段。国际电信联盟在制定早期的 IMT-2000技术框架时，就明确建议将卫星通信手段纳入移动通信网络中，以实现全球范围内的个人移动通信。最近，针对卫星通信与地面5G网络融合问题，又提出了星地5G融合网络的4种应用场景，包括中继到站、小区回传、动中通、混合多播，并指出这些场景必须考虑的关键因素，包括多播支持、智能路由、动态缓存管理及自适应流支持、时延、一致的服务质量、NFV/SDN兼容、商业模式灵活性等，如图2-17所示。

例如，低轨卫星通信星座与5G 网络融合，可支持移动用户在低轨星座网络与地面5G 网络间无缝切换，通过在飞机、舰船、高铁、汽车等移动平台上安装具有低轨星座接入能力的通信终端，即可在移动过程中保持连续、不间断的网络接入服务。在有地面5G 网络时，优先选用地面网络进行业务传输；当无地面网络时，优先选用低轨星座网络。移动终端在低轨和地面5G 网络间自动切换，与漫游，保障信号不间断通信。星地5G融合应用服务模式如图2-18所示。

（2）网络架构

星地移动通信融合网络架构伴随地面移动通信网技术演进发展而不断变化。例如，ETSI基于CGC技术提出由卫星网络运营商主导的S-MIM架构，卫星和CGC采用同样的空中接口，共享卫星频谱资源。下行链路方向，CGC充当卫星信号转发器角色，作为补充为室内室外环境提供覆盖。上行链路方向，CGC充当用户信号收集器角色，将用户信号收集后通过地面网络转发至地面网关。卫星和地面部分采用一体化协议架构，在链路层实现互联互通，Hub既可通过卫星也可通过地面网络给CGC馈送信号。S-MIM网络架构和协议栈配置如图2-19所示。

ITU-R M.2047建议提出了 IMT-Advanced 卫星空中接口，描述了基于LTE-Advanced技术的星地融合BMSat网络架构。BMSat网络架构包括采用或不采用星上处理功能的 GEO 卫星、卫星网关、卫星核心网以及地面补充部分。卫星网关是一个物理实体，可能含有多个逻辑实体，如卫星eNodeB（SAT-eNB）。每个SAT-eNB在逻辑上控制一个或若干波束，每个波束在逻辑上接受一个 SAT-eNB 控制。CGC在BMSat中发挥着转发功能，以填补卫星信号未覆盖区域（如室内）或提供更高业务质量。CGC不是单纯的转发器，其拥有自己的波束标识、同步信道和参考符号，而且能够产生自己的波束。CGC对前传链路信号进行解调解码，然后根据CGC与终端之间链路的质量，向终端发送新的调制编码类型信息。CGC是一个固定节点，可以采用更先进的天线和其他技术，以改进CGC-卫星链路发射效率。CGC对终端而言是一个SAT-eNB，对SAT-eNB而言是一个用户终端。BMSat空中接口包括两种链路：终端–CGC 链路、终端–卫星链路。终端–卫星链路是根据卫星空间传输环境对地面 LTE-Advanced 标准的适应性改进，终端–CGC 链路可以采用地面LTE-Advanced标准。终端既支持BMSat方式，也支持LTE-Advanced方式。BMSat网络架构和协议栈配置如图2-20所示。

3GPP在TR22.822、TR23.737、TR28.808等技术报告中，对5G中与卫星相关的接入网协议及架构进行了评估，定义了3类卫星接入用例（连续服务、泛在服务和扩展服务），并从星上功能、星间链路、核心网络配置角度，提出5种非地面组网（NTN）架构，涉及卫星终端（如固定或车载宽带终端、物联终端）、搭载有效载荷的一颗或多颗卫星、地面信关站、数据中心等网元。其中，星上透明处理的融合架构，卫星等效于射频远程单元，仅对射频信号进行中继，对空中接口协议完全透明，用户数据通过卫星透明转发到地面处理；星上再生处理 + gNB分布单元的融合架构，卫星有效载荷部署gNB-DU单元，支持部分空中接口协议处理，通过无线电接口（SRI）、F1协议与信关站gNB-DU单元交互；星上再生处理 + 全功能gNB的融合架构，卫星有效载荷实现完整的gNB功能，通过卫星无线电接口（SRI）、N1/N2/N3接口与地面5G核心网（CN）进行交互；星上再生处理 + gNB分布单元 + 星间链路的融合架构，星上采用分布式gNB，并引入星间链路，通过单个5G核心网提供全球或区域覆盖，非常适合GEO或LEO系统应用；星上再生处理 + 全功能gNB + 星间链路的融合架构，星上部署分布式gNB，并支持通过多个5G核心网访问，使用（或不使用）特定卫星无线电接口来处理控制和用户数据，如图2-21所示。

欧盟 SaT5G 项目面向 eMBB 应用，提出了一个卫星通信和移动边缘计算（MEC）相结合的5G融合网络架构，实现5G核心网和实际卫星系统整合，以及5G移动网运营商（MNO）、卫星网运营商（SNO）、内容提供商（CP）三方利益联合。系统充分利用了5G网络的灵活性以及卫星多播功能，基于5G服务化架构（SBA）实现。该框架下，SNO将卫星信道带宽资源交付给MNO，以便MNO将其用作地面链路之外的回传链路；MNO将网络计算存储资源虚拟化并交付给CP，使CP能够在MEC服务器中部署各自的虚拟网络功能（VNF）,MEC托管多个VNF执行保持等操作来补偿卫星回传性能。控制平面主要由MNO运营，接入和移动性管理功能（AMF）、会话管理功能（SMF）、策略控制功能（PCF）、网络开放功能（NEF）、应用功能（AF）等元素通过服务总线交互，实现较好的扩展性和开放性，支持第三方利益相关者（如CP）更好地运营AF，如图2-22所示。

SANSA（基于智能天线的星地共享接入网）项目提出一种频谱有效、可自主重配的卫星地面混合回传网络方案，将卫星部分无缝整合进地面回传网络中，能够根据流量需求重新配置地面无线网络拓扑，实现卫星和地面频谱共享。同时，在考虑容量和能耗条件下能够有效地路由移动流量，对链路故障或拥塞情况有较高弹性。SANSA网络由地面节点（iBN）、移动基站（eNodeB）、卫星（SAT）、混合网络管理器（HNM）等关键要素组成，HNM 能够实现远程 eNodeB节点的可控接入，以及对配置智能天线的地面节点信息进行收集和处理，同时不断监视卫星载波频率、信道带宽、数据速率、链路可用性等信息，实现卫星节点、地面节点资源的合理管控，实现频谱共享，如图2-23所示。

（3）协议体系

星地融合网络架构下，卫星部分协议基本上采取与地面移动通信系统兼容方式实现，重点结合星地传输、处理环境特点对相关协议进行适应性改进。例如，参考3GPP卫星与5G融合的非地面组网架构，卫星空中接口协议由卫星用户终端、星载基站、地面信关站等节点支撑，在每个节点上部署相应的协议处理网元。5G gNB部署在低轨卫星上，称为S-gNB（卫星5G基站），基站间通过激光/微波连接形成 ISL（星间链路）,S-gNB之间的 S-Xn接口承载到星间链路上。星载基站和卫星地面信关站通过Ka频段连接形成馈电链路，星载基站和用户终端通过Ka、L频段连接形成用户链路。S-gNB作为基于OFDM传输体制的星载基站单元，具有完整的物理层与协议层信号处理功能，可以实现同一或不同波束下的多个地面卫星终端的空中接口资源分配和数据传输。地面卫星终端通过星载基站接入卫星地面信关站完成用户的移动性管理和业务通信。卫星5G网络协议栈部署示意图如图2-24所示。

其中，地面信关站实现5G NGC功能，与星载基站通过馈电链路协议栈通信，馈电链路承载NGAP，包括控制面、用户面协议两部分。星载基站部署在每个低轨卫星上，实现用户链路空中接口协议，星载基站间通过星间链路上的 S-Xn 接口协议（XnAP）辅助NGC实现对卫星终端移动性管理，完成跨基站波束切换。卫星终端通过用户链路空中接口（Uu口）实现与S-gNB之间协议交互和业务数据传输。

2.2.4 天地一体化信息网络架构

随着天基网络的快速发展，天基网络与地面网络形成了两大相对独立的网络，为了更高效地实现资源共享，天地一体化是未来发展的必然趋势。目前，实现天地一体化的途径主要是“天星地网”,“天网地网”则是未来发展选项。在“天网地网”架构中，天基网络主要由高中低轨卫星星座组网以及相关的地面信关站、支撑设施组成，地面网络主要包括地面互联网、移动通信网等。通过设置一体化网络互联中心，将天基网络和地面互联网、移动通信网互联互通和融合。天基网络既可作为独立系统存在，直接面向用户提供服务，也可作为地面网络的补充和增强，弥补地面网络覆盖范围及机动保障能力上的不足，如图2-25所示。

其中，高轨星座节点之间通常采用激光或微波链路互联组网，实现高速数据传输服务。中低轨包括宽带、物联等类型星座，用户可以根据实际需求，选择一个或多个网络进行接入。天基网络通过一体化资源管理，进行功率控制和干扰协调；通过联合接纳控制等方式，实现对接入资源整体优化配置管理。同时，地面信关站为各种天基网络提供灵活有效的互联。鉴于天基资源（计算、存储、带宽、功耗）有限性，以及地面设备强大的计算和处理能力，主要由地面信关站实现天基组网控制功能，对高、中低轨星座路由进行调控，避免庞大的地面路由信息对天基网络的冲击，以及屏蔽天基网络动态性可能带来的地面网络路由震荡。

从功能实现上，天地一体化信息网络在吸收借鉴互联网、移动通信网、卫星通信网等领域实践成果基础上，可按照“传输一体化、功能服务化、应用定制化”思路构建，逻辑上划分为传输组网、应用服务、用户系统3个层次，同时突出安全防护、运维管理的一体化保障支撑作用，形成“三层两域”网络架构。其中，传输组网层完成通信传输、路由转发等功能，主要由星地传输接入设备（载荷）、路由交换设备（载荷）组成；应用服务层完成业务处理、数据处理等功能，提供宽带通信、移动通信、数据中继、天基物联等应用服务；领域应用层面向军民商用户，实现天地一体化信息网络应用服务在各领域特色化实现；安全防护域提供网络整体安全保障功能，包括接入鉴权、安全监测、安全管理、密码管理等；运维管理域实现卫星系统和网络系统一体化管理，包括运行态势感知、资源配置管理、故障诊断处理、运营支撑服务等，具体功能架构如图2-26所示。