天地一体化信息网络

专题导读

孙伟, 季新生

2023, 4(2): 1-1. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023014-1

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6G天地一体化信息网络内生安全技术

季新生, 黄开枝, 邬江兴, 陈亚军, 游伟

2023, 4(2): 2-12. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023014

摘要 ( 363 )

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6G 天地一体化信息网络面临因网络高度暴露、节点高速运动、计算资源受限等特点带来的安全挑战，且新架构、新应用、新技术也将引入新的安全问题，亟须提出普适性安全理论，一体化解决其功能安全及网络安全问题。为此，首先阐述网络空间内生安全主要理论基础，提出6G天地一体化信息网络内生安全架构；然后，在网络空间内生安全理论的指导下，从星载系统、6G 地面移动网、星地链路探讨相关安全理论与技术构想；最后，从安全认证、高安全通信加密等方面分析天地一体化信息网络通信/安全一体化的认证加密机制，及传统安全与内生安全技术的交叉融合。

低轨卫星网络星间路由安全机制研究

薛文浩, 潘恬, 卢诚承, 杨帆, 黄韬, 刘韵洁

2023, 4(2): 13-23. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023015

摘要 ( 405 )

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为了保障路由的安全性和抗毁性，设计面向星间路由的安全机制和故障恢复机制成为维护低轨卫星网络可靠通信的关键。为了应对卫星网络可能面临的安全威胁，分析不同路由攻击行为对典型星间路由协议的影响，并设计差异化的协议包安全认证机制和链路故障恢复机制。此外，搭建基于虚拟化技术的卫星网络仿真平台，通过仿真多种路由攻击场景，验证所设计星间路由安全机制的有效性，并评估引入安全机制前后的 CPU 占用率、协议包处理时间等性能指标。实验结果表明，在有限的认证时间和路由开销下，该星间路由安全机制能够有效防范空间网络环境中的多种安全威胁，并减少由突发链路故障引起的通信时延，从而保障低轨卫星网络的安全可靠通信。

卫星激光通信中的干扰及防护

劳陈哲, 孙建锋

2023, 4(2): 24-30. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023016

摘要 ( 162 )

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为了探究卫星激光通信中对于各种外部干扰的安全防护技术，介绍卫星激光通信链路中存在的大气湍流、太空背景噪声、弱光干扰和强激光干扰等4种干扰源及其作用原理，并给出前两种干扰在理论分析中常用的数值模型。其中弱光干扰和强激光干扰又被称为激光有源干扰，是一种人为干扰手段。从通信体制维度出发，分别分析这4种干扰源对于相干和非相干通信体制系统的影响，给出不同体制下应对这4种干扰的当前主流的防护技术，从通用性、成本以及易用性等角度，比较各种防护手段的技术特点并说明它们在卫星激光通信中的主要应用场景。

卫星互联网地面缺省场景下用户设备的接入认证及重认证机制研究

卜秋雨, 曹进, 程利甫, 马如慧, 李晖

2023, 4(2): 31-46. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023017

摘要 ( 121 )

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针对当前用户设备接入认证机制均需要地面参与带来较大的通信时延以及可扩展性差等问题，提出一种卫星互联网地面缺省场景下的用户设备接入认证及重认证协议，并进一步针对用户设备认证过程中可能发生断电重新连接和AV不同步等问题，提出一种断电重连场景下的用户设备快速认证机制和AV快速安全同步机制，确保用户可以安全地接入卫星网络并获取相关服务。在所提出的方案中，利用初次接入认证中生成的AV向量来辅助重认证过程完成实体之间的身份认证，无须网络控制中心的参与，保障了通信系统的容灾性。形式化验证工具 Scyther 表明，该协议可以抵抗常见的协议攻击，保障通信过程中的机密性和完整性，并且具有较小的计算、带宽以及存储开销，适用于卫星互联网。

卫星互联网安全仿真测试技术研究

李皓, 张林杰, 张翼飞

2023, 4(2): 47-54. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023018

摘要 ( 159 )

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针对卫星互联网安全仿真测试面临的系统的持续演进、海量攻防数据管控及多样化测试任务的灵活实施等挑战，提出基于软件定义网络和云平台的系统架构和技术体系。分别就高逼真大规模网元模拟、高并发流量发生、基于 SDN 的安全服务链动态编排等关键技术进行深入研究，并提出解决途径。实验结果证明这3项技术具备一定的创新性，可应用于卫星互联网仿真测试平台的构建。

基于星载网络探针的通信卫星信息安全监测系统设计

王明剑, 范丹丹, 徐潇审, 李孟

2023, 4(2): 55-61. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023019

摘要 ( 108 )

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为提升通信卫星信息安全防护能力，在星上资源受限的情况下，实现系统信息安全监测，在比较部分典型信息安全防护设计的基础上，梳理通信卫星系统基本特性和面临的安全威胁，分析并总结安全防护能力提升的制约因素，提出一种利用星载网络探针技术采集卫星安全数据，依托地面系统构建数据分析平台和综合监测系统的信息安全监测方法，在资源占用度较低的前提下保证卫星业务正常运行，实现系统安全监测和安全告警，并对系统实际工作运行展开分析和验证。

天空地融合网络架构与传输优化技术

黄思奇, 曾德泽, 李跃鹏, 张梁钰, 高丰

2023, 4(2): 62-70. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023020

摘要 ( 186 )

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随着应用需求的不断扩大，如何在天空地一体化的异构组网环境下提供高效的组网服务成为新的难题。通过对未来天空地一体化网络的应用场景和技术需求分析，提出一种基于软件定义网络的天空地融合网络架构，以满足快速响应、协同处理等要求，同时简要阐述其主要组成部分和传输优化技术。总结基于软件定义的天空地融合网络架构的发展趋势与挑战，并进行展望，为未来天空地一体化网络的发展提供参考。

巨型星座云网融合发展探析

张丹, 李晶晶, 刘田, 陶孙杰, 吕子平

2023, 4(2): 71-81. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023021

摘要 ( 165 )

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得益于航天航空技术的发展和云计算、边缘计算等概念的兴起，基于巨型星座的云网融合网络有望成为星地一体化建设和6G的重要组成部分。不同于地面通信网络，星座网络拓扑高动态时变、资源和链路异构性强等特性为云网融合带来挑战。总结巨型星座的特点和地面云网融合的发展现状，分析巨型星座中云网融合的迫切需求和面临的挑战，并进一步指出卫星互联网云网融合架构的创新、资源虚拟化技术的运用、基于人工智能算法的信息感知和路由路径规划、云计算与边缘协同计算等方向是未来星载云网融合技术的潜在发展方向。

低轨星座通信系统与地面IMT业务系统频率兼容性仿真方法

赵冬, 陈宏, 秦屹昂, 李辉, 李文越

2023, 4(2): 82-92. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023022

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针对近年来低轨星座通信系统与地面 IMT 业务系统频率共用兼容性分析中，双方系统在时间维度、空间维度存在大尺度差异的问题，提出一种仿真建模方法，即在传统空间业务系统和地面 IMT 系统建模仿真的基础上，增加以时空换算为手段的微观与宏观系统间映射关系进行建模的仿真方法。

Starlink星座应用现状及分析

王羽, 李清, 李克军, 蒋长林, 王野, 江勇, 徐明伟

2023, 4(2): 93-102. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023023

摘要 ( 411 )

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Starlink星座计划是目前全球最具前瞻性和影响力的低轨宽带卫星互联网星座。随着Starlink星座部署规模扩大，其高频次的发射及批量卫星部署，多样化卫星宽带服务提供，全球终端用户的快速增长，以及对军事应用的潜在支持和增强能力等应用潜力逐步显现。首先分析Starlink的在轨运行现状，并将其互联网服务与其他卫星宽带服务提供商进行对比；然后重点研究Starlink星间激光链路的应用特点及技术挑战，探讨Starlink的军事应用现状及演化趋势；最后总结Starlink的综合应用优势及面临的技术挑战，为我国卫星网络设计提供依据。总体而言，巨型 LEO 星座的建设及其应用不仅是卫星平台的实现，还涉及卫星设计及工业化生产、发射能力支持、星座的运维、卫星组网、地面站配套等一系列的工业链能力集成。

低轨宽带卫星互联网承载电网业务应用

朱亮, 戚少博, 杨波, 徐冰玉, 李子凡, 张世杰

2023, 4(2): 103-113. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023024

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低轨宽带卫星互联网具有大带宽、低时延、高弹性等空间网络通信优势，使得低轨卫星网络在垂直行业的应用拓展成为研究热点。在研究电力行业应用需求的基础上，针对电网建设、电网运行和应急救援 3 个核心业务，提出基于低轨宽带卫星互联网的电网业务应用方案，给出低轨卫星网络的系统组成和工作流程，以及“动中通”卫星终端的架构设计。基于低轨宽带试验星座系统开展“动中通”卫星终端的传输性能、连续通信和异构卫星网络业务切换测试，可为电网业务提供远距离、低时延、大容量、高可用的数据传输能力支撑，为低轨宽带卫星星座纳入新一代电力应急通信系统奠定理论与数据基础。

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