自治管理、快速部署、容忍损毁的自组织空间网络

随着科学技术的不断进步和空间任务需求的提升，未来空间任务呈现三个趋势：从空间实体覆盖区域看，空间探测从近地空间、月地空间过渡到深空空间，从地球区域扩展到太阳系区域；从飞行轨道上看，从飞掠勘察探测逐步过渡为更为深入的长期环绕遥感探测；从飞行器能力上，短期的低智能探测器将逐步过渡到具有高度自主性的移动机器人探测器；从空间实体规模看，近地轨道单探测器的观测任务将逐渐过渡到多探测器阵列观测灵活性更强的探测任务［1］。因此，空间探索任务需要建立多跳通信网络。

电路交换网络难以满足空间探索的需求，建立多跳包交换网络将增强人类空间探索的能力［2，3］，因此空间数据系统咨询委员会（Consultative Committee for Space Data Systems，CCSDS）从（二十世纪，编者注）九十年代开始空间网络研究，其目的是建立若干行星附近的近空网络，并通过星际主干网络将这些近空网络连接起来，提高空间网络通信效率［4，5］，如火星探测任务中建立多跳的通信网络，在火星表面部署传感器网络，在环日轨道部署多跳传输网络，将地面无线网络扩展到宇宙空间，提供空间实体的合作，不仅技术成熟节约成本，而且提高通信质量［6］。未来，将太阳系内不同轨道上的各种卫星、星座和航天器等太空信息资源进行有机连接，构建集成化、智能化、综合一体的互联网，支撑更远距离的深空探测任务［7］。(www.xing528.com)

移动自组织网络（Mobile Self-organization Networks，SN）是一种分布式、自治、多跳网络，无固定基础设施［8］，支撑任意的网络拓扑，较远的两个终端的通信可借助其他节点进行分组转发，因此移动终端具有路由和分组转发功能。它具有自治管理、快速部署、容忍损毁和拓扑变化的特点［9］，不仅适应飞行器群组的网络通信，如航空自组织网络（Aeronautical Ad Hoc Network，AHHN）、飞行器自组织网络（Flying Ad-Hoc Network，FAN），也契合深空网络的环境，既可以作为深空主干网络［10］，也可用于行星探测的传感器网络，因此自组织网络在空间具有广阔的应用前景，把部署在空间中的自组织网络称为自组织空间网络（Self-organization Space Networks，SSN）。美国航天局（NASA）早期在开展地球环境监测技术研究时就提出sensor-web构想，即由小型卫星群、天基和低级设备互联构成有机统一的信息系统；Chien将这一构想推广到了星际探测通信体系结构中，提出了Ad Hoc Space Network［11］的概念，此后又涌现了satellite sensor network［12］、space-based WSN［13］等概念。但是空间环境与地面环境显著不同，广阔的部署面积，遥远距离、超长飞行时间、复杂空间环境、高昂运输成本、受限制的支撑平台，后期维护困难，这些因素导致地面自组织网络技术应用于空间通信将会面临巨大的挑战［14］。