空间数据通信与组网技术研究
摘 要：空间数据通信的发展是现实的需求，因为现今我们已经进入到了信息爆炸时代，现有的地面网络基础已经无法满足需求，因此需要向空间无线网络发展，这样才能够保证通信技术可以保质保量的运行，不进行人们彼此之间的交流，从而达到数据信息的快速传输，这对需要有关学者对空间数据通信与组网技术进行研究。
关键词：空间数据通信；组网技术；空间任务；特点
航天事业的发展推动了空间通信技术的发展，因为空间任务量的加剧，地面通信技术无法满足航天要求，因此需要必须要发展空间通信技术，这样空间通信技术与地面之间就可以形成有效的连接。近些年来，信息通信技术已经被各行各业认可，但是正是因其认可程度的提高，使其需求越来越高，难以满足现实需求，所以人们将目标放在了空间数据通信技术上。
1 空间数据通信的特点与需求
空间数据通信技术具有很多的优势，这大大弥补了地面网络技术的缺陷，但是正是因为空间数据通信技术所承担的任务更多，所以其所面对的环境要与地面网络技术更为复杂，其中最为典型的表现就是成本很高，空间链路十分复杂，而且需要经过很多的程序才能够完成升级任务，最为重要的是其所需要的数据十分多样。其具体表现如下：
首先，空间链路十分复杂，这种复杂性就增加了其不稳定性，如不及时的调整，极其容易出现位错误，而且还会导致周期不稳定现象的出现，这种情况下，要想使空间数据传输保持良好的状态，十分困难，需要研究人员克服很多的困难。
其次，空间数据通信具有非常高的成本，而且其发展所需的资源，还有一定的限制，这主要是因为空间数据的传输环境十分复杂，这使其开发难度比较大，没有高额的投资，难以完成开发。并且航天器本身不能携带太多的能源资源，在空中只能依靠有限的燃料和太阳能来提供飞行动力能源，资源受到极大限制，这都在很大程度上影响着空间数据的通信质量。
再次，升级较为困难。由于航天器发射到太空之后科研人员就不能再直接接触到航天器，因此若其出现故障或问题后，科研人员对其进行维修和升级就较为复杂困难，一般要求航天器本身具有较高的容错能力与可靠性，以便随时对其进行远程操控，实现升级改造。
最后，数据多样化。由于不同的航天器所担负的空间任务有很大不同，因此在空间数据通信系统中所传输的数据也呈现出多样化的特点。如载人航天飞船或空间站主要是为了进行各项科学实验，对地面进行观测等科研调查任务，而卫星或其他无人飞船则一般是为了搜集各种空间信息数据，对地面进行观测等信息搜集任务。但无论是哪种航天器，都需要将大量的数据信息传回到地面站，以供地面科研人员分析研究，而这些多种多样的海量数据信息则为空间数据通信提出了很高的要求。
2 空间数据通信的组网技术研究
由于空间数据通信系统具有上述几种特点，并处于一种较为特殊的环境中，因此若采用与地面网络相同的组网技术进行开发和设计，必然很难满足空间数据传输的需求。为此，在对空间数据通信和组网技术进行研究时，需要先设计一个稳定的空间网络。只有在此基础上，才能实现航天器与地面站，航天器与航天器之间的数据信息快速传递。目前现有的同步轨道卫星中继系统己经难以胜任这种要求。而商用卫星群是针对地面用户设计的，并不适用空间任务需求，而且建造成本过于昂贵，又面临地面无线网络的竞争，使其难以建立。空间航天器构成自组织网络，可以比较灵活的构建天基网络，但另一方面由于航天器在空间高速相对移动，对航天器通信系统有较高的要求，对于空间这种资源受限的环境无疑在技术上有着巨大的挑战。笔者认为可以采用基于卫星环的层次式的空间网络模型。
3 层次式的空间网络模型的组网设计要求
3.1 扁平的结构
以往航天任务比较少，完成的任务相对简单，往往为每个任务单独定制通信服务，是一种垂直型通信服务。目前空间任务变得复杂多样，而且随着时间的推移，还会有新的类型空间任务出现，从而造成空间的航天器飞行于不同高度环地轨道，或脱离地球轨道进行星际飞行，而且对地观测卫星正朝着小型化，微型化和网络化方向发展，它们可能进行编队，集群式或星群式飞行协作完成任务，也就需要通信设施能够提供类似因特网的灵活多样的接入和通信服务，成为运行于空间的各种航天器的通信媒介。
3.2 适于空间任务
不同轨道之间的航天器一直处于相对运动状态，Walker星群由于采用相同倾角的卫星，会造成通信卫星与之夹角较大的航天器相对速率和变化较大，切换也比较频繁，对通信系统要求较高。采用卫星环为同向运转夹角在一定范围的航天器提供接入服务，减小了用户系统与通信卫星之间的相对移动速度和切换频率，从而简化对用户通信系统要求。同时地空链路和环间链路由通信系统处理可以进一步简化对用户系统要求。轨内链路相对固定，由于卫星环的层次构造，相比同层不同轨道的卫星，高层卫星较易跟踪低层卫星，使环间链路维护相对简单。
3.3 与IP协议兼容，提供一致的端到端通信
地面上由于因特网的迅速扩展，使IP及其相关技术成为连接地面用户的事实标准。空间基础设施是空间通信卫星系统和地面接收系统的总和，采用IP和与其兼容的技术，可以使其与地面网络无缝结合，为用户提供一致的端到端的通信服务。
3.4 减少用户的通信成本
通信设施应该能够为用户提供不同的标准接入方式适应用户不同的服务需求，使用户的通信设备根据其需求减至最轻，以节约成本。
3.5 可扩展性
由于通过卫星环来为用户提供通信服务，可根据空间飞行器分布情况和通信需求，建立相应的卫星环，边建立边服务。可以先构建高轨道卫星环，再构建低轨道卫星环，这样可以逐渐为用户提供更长时间更近距离的通信服务，直至不间断服务。
3.6 适于商用
通信设施应该以商业模式建设，这就需要不但要满足空间任务的需求，而且可以满足其他用户需求，如地面用户的个人通信需求，海洋用户通信需求等，以便吸引更多的用户，争取更多商业投资，降低成本减少风险。
结束语
综上所述，可知空间数据通信技术的研究与发展是现实发展的需求，尤其是航天技术发展的需求，但是因为空间数据通信技术具有很多的劣势，成本比较高，传输环境又十分的复杂，因此要想完成该技术的研究需要克服很多的阻力，将其与组网技术联系起来，能够有效的减轻其难度，使其更能够适应严酷的环境，由此需要研究人员向这方面努力，有关企业以及运营商应该给予大力支持。
参考文献
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