天智协议栈，精通各种“星语”的卫星“总舵主”

从1980颗卫星组成的能掩盖全球的英国OneWeb卫星 络，到美国SpaceX“星链”（Satrlink）方案发射上万颗卫星，再到我国的“鸿雁”“虹云”“行云”“国 ”等星座 络方案，未来还将有数以万计的智能卫星会被发射到太空中。

日前，中科院软件所天基要点试验室发布“天智协议栈”beta版，可有用支撑卫星之间互联互通互操作，大大加快卫星互联 建造的脚步。“如此很多的卫星之间只要完成数据的跨界互联，打破信息孤岛，才会凝结出更强大的天基才智。”我国科学院软件所研讨员、天基试验室研讨一部主任刘立祥表明，关于 络来说，协议是魂灵和中心，对 络效能的发挥才能起着决议性效果，希望天智协议栈的发布，可以使国内天基信息组 规划领域掀起新的研讨热潮。

星间大互联，需完成数据“不问出处”

为了处理六合一体化互联组 ，中科院软件所天基试验室自2003年起，在中科院的支撑下，携手我国科大、清华、北邮、北航、国防科大、中电54所等十余所高校和研讨院所，经过十余年的探究，才有了“天智协议栈”今天的成果。

天基智能 络为什么需求协议呢？

“协议”可以理解为数据间的“互信”“互联”。人们关于 络协议并不生疏，在地上的互联 络中，选用的是TCP/IP互联 协议，可以在各种硬件和操作体系上完成互操作。有了TCP/IP协议，不会由于这台机器使用Windows体系，另一台机器使用Linux体系就无法传递信 了，安卓和苹果体系也可以在同一套协议中相互联络。

空天的互联，需求天基卫星间可以完成终端无关、 络无关、使用无关的终端与服务发现、定位和访问。不同星座间对数据的接纳、核算等需求做到“英雄不问出处”。

“目前的卫星大致分为资源遥感、导航定位、通讯服务等三类，它们选用独立的天、空、地基体系供给服务。”刘立祥说，不同的星座自成体系，要将不同的遥感卫星或其他卫星获取的信息在天基进行互操作服务目前是非常困难的。任务不同的卫星“天然生成”就不相同，比方资源遥感卫星、情 卫星、气象卫星，其对信息实时性、安全性、传输带宽要求各不相同。

“需求一个总的‘掌舵者’，既能接纳、传送不同的信息，还能对使用和 络资源进行协同和分配。”刘立祥说，天智协议栈规划的目的是可以习惯不同的 络类型，支撑天基物联 、空间互联 以及六合一体化组 等，关于规则和不规则组 类型都可以完成很好的支撑，它的“包容度”好，卫星数目可以从几颗到几千颗不等。

“现有的TP、TCP加快、VCP等都是传输层协议，都是针对星上环境进行了协议优化。可是单个协议的功用无法决议协议栈的功用，要想完成协议的高功用首先必须从体系上下手，规划合理的体系结构才能完成 络的最优。”刘立祥说，天智协议栈便是那个总的“掌舵者”。

动态IP虚拟化，习惯卫星闪速飞翔

在地上，每台机器都会分配一个IP地址使得它们“知道”和“区分”彼此。但在空天域中，中低轨通讯卫星以及大椭圆轨道卫星等持续高速移动，使得它们的接入节点随时改变。

卫星的闪速飞翔，为一致组 并完成信息使用带来了一个难题。“如果给每一个卫星赋予一个IP，可以处理一致地址分配问题，但卫星的快速移动使得它在 络中的地址不断出现改变，这对路由将形成非常大的影响。”

为了将天基卫星移动和终端的移动对 络的影响降低到最低，天智协议栈选用全新的动态IP虚拟化技能，有用处理卫星/终端移动形成的地址频繁切换、终端寻址困难等难题。“我们在 络层选用动态 络虚拟化技能，规划了针对单层、双层、三层等不同卫星 络架构以及地上和空间一体化路由机制和地址办理协议。”刘立祥说，经过虚拟化，将卫星的IP和标识进行了有用一致，为六合一体化路由和传输供给了全新的处理方案，还可以支撑断点续传、负载均衡以及多径选择等个性化的需求。

天智协议栈在规划时嵌入了多种模型，包含环境模型、安全模型和不同的事务模型（如会话、交互、传输、采集等），对不同的链路状态可以进行智能感知，并根据卫星的状态以及互联状况，进行窄带、宽带事务的“自习惯”。

兼容才能强，打造天基信息 络大生态

“‘天智协议栈’beta版的研发，不只可以大力支撑国家六合一体化 络、以及航天科技、航天科工、中科院等职业部分卫星体系建造，对商业航天也将起到极大地促进效果。”刘立祥表明，基础研讨为使用创新打好基础。

整体来讲，天智协议栈由5层组成，包含使用层、传输层、 络层、链路层和物理层，基础协议模块28个，中心协议模块37个，为了更好的服务于天基杂乱使用环境，协议栈嵌入了天基环境、毛病、安全等要害模型15个，可供给不同的功用组合与调用。

为了接纳不同的技能要求，形成天基信息 络的大生态。协议栈在每个层面都有“兼容才能”。例如，在链路层面，激光和微波有着不同的通讯方式，针对卫星和终端的移动，专家们要点规划了一体化 络的移动办理协议及接入和鉴权协议，完成了 络资源的有用办理和开放，既支撑传统的协议，也支撑CCSDS协议，面向卫星和终端的移动性办理体制，可自习惯接入和一体化测运控，支撑其他定制协议。

刘立祥还表明，为了给六合一体化 络供给一个评价、剖析、开发、使用的地上验证渠道，项目组还开发了一套面向六合一体化组 使用的天智 络测验床，可以支撑卫星组 体系的方案与技能论证、仿真试验与测验、体系演示与效能评价，可支撑全数字、半物理仿真等不同的测验接口功用，兼顾未来星上设备研发和地上测验需求，可集成用户终端、星载组 设备、使用事务等模拟器或原理样机。