空间网络的支撑资源分析

空间成员依赖一些特定的网络资源建立网络。

（1）频谱资源。频率资源是一种有限的、不可再生的自然资源。不仅地面无线网络和空间无线网络竞争频谱资源，而且空间网络也在竞争频谱资源，美国GPS系统和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统已占用了80%的“黄金导航频段”。目前空间通信使用的频段包括：C波段、Ku波段、UHF波段、S波段等，这些波段具有不同的物理传输特性。未来动态分配频谱模式如认知无线电是自组织深空网络频率资源管理的一个重要选择。

（2）轨道资源。空间实体依据轨道运行，不同轨道的通信实体具有不同的性能。在环绕行星的轨道方面，以对地静止轨道位置资源为例，静止轨道固定在距地35786千米处，一颗静止卫星可以覆盖地球表面约40%的区域，且地球站天线容易跟踪，信号稳定，因此大多数通信卫星、广播卫星、气象卫星都选用静止轨道位置。但是轨道资源有限，且一条轨道上可支撑的空间实体也是有限的，同一频段、覆盖区域相同或部分重叠的对地静止卫星相互间隔一定的距离，例如两颗卫星之间需要在经度上间隔不小于2度，导致在整个对地静止轨道上的同频段卫星通常不会超过150个。在环日轨道方面，太阳系内的轨道资源具有特殊性质，根据太阳系内九大行星的运行轨道将太阳系内的通信分成九层，每一层次的距离、部署密度、与地球的关系都显著不同，如行星轨道遵行开普勒三大定律。

（3）空间位置资源。如同轨道资源一样，空间中的一些特殊地理位置具有通信优势，如拉格朗日点，拉格朗日点是一组天体力学的平衡点，具有不变的位置和稳定的环境，在日地系统、地月系统中均存在五个拉格朗日点。在这些点放置中继探测器、卫星或者空间站，可以建立一个稳固的深空通信节点，保持中继卫星和行星的稳定拓扑关系。未来利用地月系统、日地系统、日金系统和日火系统的四个拉格朗日点构造骨干网络节点。

（4）空间实体的能力。空间实体的能力受到严格的限制：一方面空间实体的体积受到限制，因此携带的电池、存储器和计算器都是有限的，而且后期维护或替换基本不可行；另一方面，空间网络的实体节点受空间物理支配，在空间的位置按照一定的规律动态变化，导致空间互联网的拓扑结构也随时间进行有规律的变化，空间的拓扑位置也限定了空间实体的能力，如离太阳越远的空间实体，在环日轨道上具有较大的周期，较小的速度、角速度和加速度。最后空间实体的多样性导致空间通信网络成为一种高度异构的网络系统，需要多种通信协议兼容。

（5）时间同步。在空间网络业务应用中时间同步数据具有一定的特殊性，航天器在生命周期时钟存在漂移，称为时间漂移，空间实体隔一定的时间就需要进行时间校正工作。在传统的非网络式的空间任务中各传输环节的延迟都是固定的，可以在数据源修正后发送，基于存储转发模式难于精确控制时间，导致时间数据的非正确性。

（7）拓扑结构。拓扑的剧烈变化导致频繁的网络分割，网络节点的密度随时间和空间不同而剧烈变化。一方面导致空间实体在不同的区域内切换，导致系统资源浪费；另一方面可能会导致某一时间内节点过于密集，或者过于稀疏，稀疏地区的连通性会降低。(www.xing528.com)

（8）信道链路质量。通信容量和通信带宽，它们是空间通信中最稀缺的资源。一方面链路带宽受到硬件性能、存储容量和传输能量等限制；另一方面，信道受到宇宙射线、阴影效应、电离效应等影响。信道误码率为10-4到10-3之间，而空间网络的信道最差误码率为10-1，空间信道与地面信道之间的显著差异，使得TCP/IP协议中的拥塞、数据包确认、重传机制很难应用于空间网络。未来空间任务的下行数据对空间信道带宽提出较高的要求。

（9）人工资源。不同于地面网络，空间环境的复杂性和载人航天的高成本，空间飞行器一旦发射，被部署在超远距离的空间，很难得到后期的人工维护，也难于短时间内通过替换方式弥补损毁空间实体。

（10）工作时效性。受制空间实体能力，如能量水平和空间位置，空间实体不能全天工作，地面监控站点在有限的时间内和空间实体进行机会通信，因此地面监控站点不能及时应对空间的突发情况，需要空间实体具有自治性和自主性。

由表1.1所示，地面自组织网络和空间自组织网络的内部条件和外部环境存在显著的差异，因此直接将地面自组织网络协议应用于空间自组织网络是不适宜的。

表1.1 地面自组织网络与空间自组织网络支撑资源对比