李 凱，李 峰，楊偉銘

(軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院，北京 100171)

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，它利用多種傳感設(shè)備對物理世界進(jìn)行感知與識別，通過信息網(wǎng)絡(luò)傳輸感知數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行計(jì)算、處理和分析，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的信息交互，達(dá)到對物理世界管理、控制與決策的目的[1-2]。自1999年物聯(lián)網(wǎng)的概念提出至今，已過去了20多年的時間[3]。伴隨這些年來信息通信、計(jì)算機(jī)、傳感器等技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)逐步從概念走向?qū)嵺`與應(yīng)用。美國、歐盟、日本、韓國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)均高度重視物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，展開了持續(xù)深入的研究[4-10]。我國在2010年就將物聯(lián)網(wǎng)寫入政府工作報(bào)告[11]，從戰(zhàn)略角度布局其研發(fā)與應(yīng)用[12-14]。在5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的支撐下，物聯(lián)網(wǎng)或?qū)⒊蔀樾乱淮涡畔a(chǎn)業(yè)革命的代表，并對社會發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

天基信息網(wǎng)絡(luò)是地面信息網(wǎng)絡(luò)向太空的延伸和擴(kuò)展，它是隨著航天技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而成長起來的[15]。天基信息網(wǎng)絡(luò)以衛(wèi)星通信技術(shù)為基礎(chǔ)，與地面信息網(wǎng)絡(luò)相比，具有覆蓋范圍廣、抗毀能力強(qiáng)等優(yōu)勢，可以接入地面通信無法或難以接入的終端用戶，且能夠在自然災(zāi)害等惡劣環(huán)境下繼續(xù)發(fā)揮作用[15-18]。衛(wèi)星軌道和頻段屬于稀缺資源，爭奪激烈[15,19]，世界各航天強(qiáng)國均大力發(fā)展各自的天基信息網(wǎng)絡(luò)。美國對天基信息網(wǎng)絡(luò)的研究較早[20-24]，歐盟、俄羅斯等也開展了相應(yīng)的研究。我國1999年就召開了天基綜合信息網(wǎng)絡(luò)研討會，2016年實(shí)施天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重大工程[25]，2020年將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)列入“新基建”范圍[26]，有望加速天基信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

將天基信息網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)行結(jié)合，就形成天基物聯(lián)網(wǎng)的概念。天基物聯(lián)網(wǎng)利用天基信息網(wǎng)絡(luò)和各種傳感器將地球上的人、物等連接起來進(jìn)行信息交互，并通過對信息的分析處理實(shí)現(xiàn)對物理世界的管理、控制和決策。與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)相比，天基物聯(lián)網(wǎng)具有諸多優(yōu)勢，如覆蓋范圍更廣，能夠?qū)崿F(xiàn)天空地海的三維空間立體覆蓋；能夠感知和連接地面網(wǎng)絡(luò)無法到達(dá)的地方，如沙漠、海洋、偏遠(yuǎn)山村等；感知節(jié)點(diǎn)部署在太空，因此具有更強(qiáng)的抗毀能力。天基物聯(lián)網(wǎng)具備天基信息網(wǎng)絡(luò)的所有優(yōu)勢，并帶有物聯(lián)網(wǎng)連接萬物的特征，這使得天基物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)全球感知、全球物聯(lián)、全球應(yīng)用等功能。進(jìn)入21世紀(jì)，自然災(zāi)害監(jiān)測、衛(wèi)星資源搶奪、偏遠(yuǎn)地區(qū)物聯(lián)感知等現(xiàn)實(shí)需求都為天基物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供了必要條件。天基物聯(lián)網(wǎng)將能夠在自然資源、交通運(yùn)輸、生態(tài)環(huán)境、國防軍事等多個領(lǐng)域發(fā)揮作用。例如，天基物聯(lián)網(wǎng)通過天基傳感器能夠感知大區(qū)域范圍的自然環(huán)境要素，服務(wù)于自然資源監(jiān)測；通過天基傳輸網(wǎng)絡(luò)為交通運(yùn)輸領(lǐng)域建立天地一體、全球覆蓋的交通運(yùn)輸信息化基礎(chǔ)通信信息網(wǎng)絡(luò)；在森林、濕地、鳥群等場景中布設(shè)相應(yīng)的傳感器，并通過天基網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸處理，對自然生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測；在國防軍事中用于全球偵察監(jiān)視與預(yù)警等，服務(wù)于國家戰(zhàn)略安全。

當(dāng)前已有文章對天基物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了綜述：文獻(xiàn)[27]討論了天基物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要任務(wù)應(yīng)用程序，分析了其關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用和部署問題；文獻(xiàn)[28]認(rèn)為，開放性問題、新挑戰(zhàn)和創(chuàng)新技術(shù)已成為天基物聯(lián)網(wǎng)的研究重點(diǎn)，并分析了當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化框架將對天基物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的適用性。本文則著眼于天基物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際建設(shè)應(yīng)用和未來發(fā)展趨勢，在概述天基物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹了天基物聯(lián)網(wǎng)的基本概念和體系架構(gòu)，分析了天基物聯(lián)網(wǎng)未來的技術(shù)發(fā)展趨勢，可為天基物聯(lián)網(wǎng)的論證與實(shí)施提供參考，同時更具有實(shí)際應(yīng)用價值。

1 天基物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對于天基物聯(lián)網(wǎng)還未形成明確的概念，但是天基通信、遙感、導(dǎo)航等網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，有些系統(tǒng)已經(jīng)或基本建設(shè)完成?；谔旎畔⒕W(wǎng)絡(luò)，美國等國家也開展了數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、管理、控制等應(yīng)用，這些應(yīng)用都屬于天基物聯(lián)網(wǎng)的范疇；同時也出現(xiàn)了一些以天基物聯(lián)網(wǎng)為建設(shè)目標(biāo)的星座計(jì)劃。

美國在本世紀(jì)初就提出并逐步實(shí)施了星間互聯(lián)網(wǎng)(Interplanetary Internet,IPN)[20,29]、下一代太空互聯(lián)網(wǎng)(Next Generation Space Internet,NGSI)[21]等衛(wèi)星通信系統(tǒng)項(xiàng)目，對衛(wèi)星組網(wǎng)、通信協(xié)議體系等天基信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)展開研究。隨著火箭回收和小衛(wèi)星等技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星制作、發(fā)射與運(yùn)行的成本大幅下降，商業(yè)公司開始參與大規(guī)模低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研究與建設(shè)，如美國One Web、SpaceX等商業(yè)公司均提出自己的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃并進(jìn)入了建設(shè)階段。歐盟和俄羅斯也發(fā)展了各自的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃。我國已經(jīng)在軌運(yùn)行了天通系列等高軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，但是低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)部署相對較慢。近幾年，航天科技、航天科工等集團(tuán)分別提出建立“鴻雁”“虹云”等衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座項(xiàng)目并開展實(shí)施。隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)列入我國新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等政策支持，我國即將迎來衛(wèi)星通信星座的加速部署與發(fā)展。

在衛(wèi)星傳感器領(lǐng)域，美國早期提出了傳感網(wǎng)(Sensor Web)[30-31]、智能地球觀測衛(wèi)星(Intelligent Earth Observing Satellite，IEOS)[32]等項(xiàng)目，對衛(wèi)星傳感器的集成應(yīng)用和信息融合處理開展研究。美國Planet Labs、EarthNow、歐盟的空中客車等商業(yè)公司均開展構(gòu)建對地觀測的衛(wèi)星星座，其中Planet Labs已經(jīng)能夠提供全球地球影像的每日更新能力。我國2010年啟動了國家重大專項(xiàng)高分辨率對地觀測系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)基本建成了全球?qū)Φ赜^測網(wǎng)絡(luò)，下一步重點(diǎn)將轉(zhuǎn)向應(yīng)用。隨著中國商業(yè)航天領(lǐng)域的逐步開放，商業(yè)公司也開展了對地觀測衛(wèi)星星座的籌劃，如深圳企業(yè)發(fā)起了“靈鵲”遙感星座計(jì)劃，欲實(shí)現(xiàn)半天覆蓋全球的目標(biāo)。

在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，美國20世紀(jì)70年代就建成了GPS并投入使用。歐盟、俄羅斯、中國近些年來也分別建立了各自的全球定位系統(tǒng)，即“伽利略”(Galileo)、格洛納斯(Glonass)、“北斗”。依托強(qiáng)大的綜合國力，我國最新一代的“北斗”導(dǎo)航定位系統(tǒng)建設(shè)迅速，2020年已完成最后一顆衛(wèi)星的發(fā)射部署。我國還開展了基于“北斗”的變電設(shè)施監(jiān)控等應(yīng)用，取得了良好效果。此類應(yīng)用也屬于衛(wèi)星導(dǎo)航在天基物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用探索。

作為衛(wèi)星應(yīng)用的三大領(lǐng)域，通信、導(dǎo)航、遙感的融合與一體化發(fā)展是未來必然的發(fā)展趨勢，也是天基物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。美國提出了全球信息柵格(Global Information Grid，GIG)[33-34]，用于綜合集成美軍在全球部署的傳感器、計(jì)算機(jī)、武器平臺，建立信息化作戰(zhàn)的空間信息網(wǎng)絡(luò)。該項(xiàng)目已經(jīng)具備了天基物聯(lián)網(wǎng)的部分特征。2018年，美國國防高等研究計(jì)劃局開展了“黑杰克(Black Jack)”衛(wèi)星星座項(xiàng)目[35]?！昂诮芸恕庇?jì)劃與以往項(xiàng)目的不同之處在于其戰(zhàn)略目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一種通用化的衛(wèi)星平臺，可同時攜帶兩到三種不同載荷，不必再單獨(dú)為通信、導(dǎo)航、遙感等載荷各自設(shè)計(jì)平臺[36]。我國在2000年明確了建設(shè)天地一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)，并在2016年實(shí)施了天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重大工程，這些研究仍以衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為主，對于遙感、導(dǎo)航等衛(wèi)星，主要從接入衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的角度進(jìn)行了探討。2006年沈榮駿院士[37]提出天地一體化航天互聯(lián)網(wǎng)的概念，從航天測控的角度出發(fā)，將各種衛(wèi)星傳感器連接為一張網(wǎng)絡(luò)，但是缺少對衛(wèi)星通信的考慮。李德仁院士[38-40]提出了空天地一體化對地觀測網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)+天基信息服務(wù)系統(tǒng)、對地觀測腦等構(gòu)想，通過采集、傳輸和處理海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)通信、遙感和導(dǎo)航一體化的天基信息實(shí)時服務(wù)[41-43]。

當(dāng)前天基物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)踐主要是以天基通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過在地面上布設(shè)傳感器終端，如定位終端、數(shù)據(jù)采集終端、海洋環(huán)境監(jiān)測儀器等實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，美國的Orbcomm系統(tǒng)[44]、ARGO系統(tǒng)[45]等均屬于此類應(yīng)用。航天科工集團(tuán)提出的天基物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座計(jì)劃“行云工程”也屬于此類應(yīng)用。筆者認(rèn)為，完整的天基物聯(lián)網(wǎng)將不僅提供地面?zhèn)鞲衅鞯牧硪环N接入方式，還將實(shí)現(xiàn)各類天基傳感器的集成與應(yīng)用，構(gòu)建天地一體化的信息獲取、傳輸與應(yīng)用系統(tǒng)。

2 天基物聯(lián)網(wǎng)基本概念與體系架構(gòu)

2.1 基本概念

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的定義和國內(nèi)外對天基物聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀，本文給出天基物聯(lián)網(wǎng)的定義如下：天基物聯(lián)網(wǎng)是指以天基通信網(wǎng)絡(luò)為信息傳輸?shù)闹饕绞剑凑仗斓匾惑w化信息網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，利用天基傳感器和地面通信網(wǎng)絡(luò)不便于連接的其他傳感器等信息感知裝置獲取物體信息，并通過多種網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，將物與物、人與物、人與人連接起來，進(jìn)行信息交換與通信，以實(shí)現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能的一種能互聯(lián)互通互操作的信息網(wǎng)絡(luò)。天基物聯(lián)網(wǎng)是天基信息系統(tǒng)的一種應(yīng)用模式，它將物聯(lián)網(wǎng)向天基領(lǐng)域延伸。

2.2 體系架構(gòu)

天基物聯(lián)網(wǎng)的整體架構(gòu)可以分為技術(shù)體系架構(gòu)和系統(tǒng)體系架構(gòu)。技術(shù)體系架構(gòu)從天基物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理流程分層級構(gòu)建，主要包括感知、傳輸、處理和應(yīng)用四層。從物理空間和功能組成上分解天基物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)體系架構(gòu)，主要分為空間段、地面段和用戶段。

2.2.1 技術(shù)體系架構(gòu)

考慮到天基信息傳輸與處理的特殊性，參考傳統(tǒng)地面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)，筆者認(rèn)為將天基物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系架構(gòu)分為四層比較合理，四個層級分別為信息感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、數(shù)據(jù)管理層和應(yīng)用服務(wù)層。此外，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全體系貫穿于天基物聯(lián)網(wǎng)的信息感知、傳輸、處理與應(yīng)用全流程中。天基物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 天基物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)

2.2.1.1 信息感知層

信息感知層是天基物聯(lián)網(wǎng)與天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)體系架構(gòu)上最明顯的區(qū)別，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)中通常不包含該層。天基物聯(lián)網(wǎng)的信息感知層用于獲取物理世界中物體的幾何、物理屬性和物體狀態(tài)的變化等信息，這些信息數(shù)據(jù)的形式包括各種幾何物理量、編碼標(biāo)識、圖形圖像、音頻視頻等。信息感知層主要由各種傳感器節(jié)點(diǎn)、信息采集終端和傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其中傳感器節(jié)點(diǎn)包括天基傳感器，如分布于不同軌道高度的遙感、電子偵察、預(yù)警探測、氣象等衛(wèi)星的有效載荷；還包括地面、空中、海面、水下等廣泛分布于地球表面附近的各種信息采集設(shè)備，如射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification Devices，RFID)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)定位導(dǎo)航終端、激光掃描儀、攝像頭等。這些設(shè)備由于遠(yuǎn)離市區(qū)等原因不便接入地面通信網(wǎng)絡(luò)，只能通過衛(wèi)星通信的手段進(jìn)行信息傳輸。需要注意的是，多數(shù)天基傳感器可獨(dú)立采集物體信息，如各類遙感衛(wèi)星，而有些天基傳感器本身并不具備感知功能，需要配合終端設(shè)備才可實(shí)現(xiàn)感知功能。例如，定位導(dǎo)航衛(wèi)星必須配合定位終端才可進(jìn)行定位，因此定位導(dǎo)航衛(wèi)星與定位終端共同構(gòu)成了天基物聯(lián)網(wǎng)信息感知層的位置感知模塊。除了天基和地球表面附近的傳感器，臨近空間的開發(fā)利用近些年來也逐漸受到重視，此處布設(shè)的傳感器若通過通信衛(wèi)星進(jìn)行信息傳輸，也可納入天基物聯(lián)網(wǎng)的信息感知設(shè)備中來。

天基、地面、海面、臨近空間等全球范圍內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)和信息采集終端可按照應(yīng)用需求將某一類別的傳感器進(jìn)行組網(wǎng)，形成同源傳感器網(wǎng)絡(luò)，如將數(shù)千個海面浮標(biāo)組網(wǎng)構(gòu)成海洋監(jiān)測網(wǎng)；也可將不同類別的傳感器進(jìn)行組網(wǎng)，由此形成多源異構(gòu)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，如綜合利用不同軌道高度、不同分辨率的遙感衛(wèi)星、臨近空間飛艇、有人機(jī)、無人機(jī)、地面圖像采集車輛、攝像頭等傳感器構(gòu)建從宏觀到微觀的對地偵察監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。

2.2.1.2 網(wǎng)絡(luò)通信層

天基物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信層建設(shè)應(yīng)主要依托于天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重大工程的建設(shè)。根據(jù)當(dāng)前天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)提出的體系架構(gòu)，由天基骨干網(wǎng)和天基接入網(wǎng)共同構(gòu)成天基物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信層。天基接入網(wǎng)是天基物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，由分布于低軌的全球移動通信衛(wèi)星星座構(gòu)成。天基接入網(wǎng)應(yīng)具備兩方面的功能:一方面是將天基物聯(lián)網(wǎng)信息感知層獲取的數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)通信層并傳輸至天基骨干網(wǎng)或天基接入網(wǎng)的其他節(jié)點(diǎn)，以便于數(shù)據(jù)的處理，最終再經(jīng)過天基接入網(wǎng)將處理過的數(shù)據(jù)下發(fā)至應(yīng)用終端；另一方面是接入天、空、地、海等全球范圍內(nèi)多層次海量用戶的各種業(yè)務(wù)訂單和服務(wù)需求，將訂單和需求經(jīng)天基接入網(wǎng)和天基骨干網(wǎng)傳輸給信息感知層，驅(qū)動信息感知層按需獲取指定數(shù)據(jù)。

天基骨干網(wǎng)為部署在地球同步軌道的若干個高軌衛(wèi)星組成，僅需要3顆衛(wèi)星即可對地球表面絕大部分地區(qū)(南、北極除外)實(shí)現(xiàn)覆蓋，可再增加傾斜地球同步軌道衛(wèi)星進(jìn)一步覆蓋南、北極地區(qū)。天基骨干網(wǎng)的各個節(jié)點(diǎn)為了發(fā)揮骨干節(jié)點(diǎn)的作用，應(yīng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)接入、中繼、交換、存儲、處理、融合等功能，但是受到衛(wèi)星平臺和制作工藝的限制，單顆衛(wèi)星可能無法同時具備多種功能，可利用多顆衛(wèi)星組成星簇，以綜合發(fā)揮骨干節(jié)點(diǎn)的作用。與單獨(dú)利用低軌衛(wèi)星星座構(gòu)架的網(wǎng)絡(luò)通信層相比，增加天基骨干網(wǎng)的一個優(yōu)勢在于不靠境外設(shè)站的情況下即可實(shí)現(xiàn)全球的實(shí)時監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸以及對整個天基信息網(wǎng)絡(luò)的管理。為實(shí)現(xiàn)天基物聯(lián)網(wǎng)空間信息在天基骨干網(wǎng)和天基接入網(wǎng)之間的傳輸，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的傳輸機(jī)制。其中，天基骨干網(wǎng)之間可采用激光通信實(shí)現(xiàn)高速、大容量傳輸，速率可達(dá)5 Gb/s；天基接入網(wǎng)通常建立Ka等頻段星間微波通信鏈路，速率達(dá)十至數(shù)百M(fèi)b/s。同時，為實(shí)現(xiàn)不同軌道之間衛(wèi)星的通信，還需要建立星間通信協(xié)議，如國際空間系統(tǒng)咨詢委員會(Consultative Committee for Space Data System，CCSDS)、異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)、時延容忍網(wǎng)絡(luò)(Delay Tolerant Network，DTN)等適用于空間信息網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議。

2.2.1.3 數(shù)據(jù)管理層

天基物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)管理層對信息感知層獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合匯聚、組織管理、存儲檢索、分析挖掘等處理操作。天基物聯(lián)網(wǎng)感知末端獲取的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)海量、多維動態(tài)、多源異構(gòu)等特點(diǎn)，這對其數(shù)據(jù)管理帶來了挑戰(zhàn)。天基物聯(lián)網(wǎng)的感知數(shù)據(jù)產(chǎn)生于感知末端，而感知末端又廣泛分布于從地球表面附近到太空的大范圍物理空間環(huán)境中，因此天基物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理層也分為三個層面，分別為部署于地面的數(shù)據(jù)處理站網(wǎng)、部署于地球同步軌道的天基信息港、部署于傳感器和其他感知終端的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

地面數(shù)據(jù)處理站網(wǎng)主要包括地面衛(wèi)星接收站、衛(wèi)星測控站和天基物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)運(yùn)維與處理中心。地面衛(wèi)星接收站負(fù)責(zé)接收天基傳感器直接傳輸或經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通信層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，衛(wèi)星測控站對天基傳感器的在軌運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行跟蹤、測量、計(jì)算、預(yù)報(bào)和控制。感知數(shù)據(jù)運(yùn)維與處理中心是地面數(shù)據(jù)處理站網(wǎng)的核心，負(fù)責(zé)天基物聯(lián)網(wǎng)所有感知數(shù)據(jù)的整合匯聚、組織管理、存儲檢索、分析挖掘、運(yùn)行維護(hù)。

天基信息港是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中提出的概念，可以將其視為地面數(shù)據(jù)運(yùn)維與處理中心的空間形態(tài)。建立天基信息港可使天基物聯(lián)網(wǎng)的感知數(shù)據(jù)在天基層面直接進(jìn)行處理，能夠提供更加穩(wěn)定可靠的連接，同時避免大數(shù)據(jù)量下傳的容量過載和時延過長問題，滿足高時敏、多樣化、體系化的應(yīng)用需求。天基信息港仍是由網(wǎng)絡(luò)傳輸層的天基骨干網(wǎng)作為物理承載平臺，即其實(shí)體是地球同步軌道上的多個星簇共同組成的“虛擬大衛(wèi)星”，衛(wèi)星之間以激光或微波通信的方式進(jìn)行聯(lián)通。

邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)部署于天基物聯(lián)網(wǎng)的各種傳感器和感知終端。在傳統(tǒng)地面物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，邊緣計(jì)算已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可并被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一。在天基物聯(lián)網(wǎng)中，邊緣計(jì)算的重要性和價值將進(jìn)一步凸顯。首先，天基物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸距離比地面物聯(lián)網(wǎng)大幾個量級，無論是將數(shù)據(jù)卸載至天基信息港還是地面數(shù)據(jù)處理中心，都會帶來較大的傳輸時延，無法滿足實(shí)時性較強(qiáng)的任務(wù)需求，如戰(zhàn)時對重點(diǎn)軍事目標(biāo)的實(shí)時監(jiān)控和變化監(jiān)測。其次，數(shù)量巨大的原始數(shù)據(jù)，尤其是成像偵察和視頻偵察等衛(wèi)星獲取的影像和視頻原始數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理中心需要占用大量的帶寬，擠壓了本來就有限的星間數(shù)據(jù)傳輸鏈路資源，同時制造了巨大的計(jì)算壓力。在天基物聯(lián)網(wǎng)的傳感器和感知終端形成邊緣計(jì)算能力，將有效解決以上問題，通過將計(jì)算和存儲能力“下沉”到網(wǎng)絡(luò)邊緣可直接處理后將有用的結(jié)果信息傳輸至用戶，如智能遙感衛(wèi)星在軌實(shí)時處理衛(wèi)星影像并直接將處理結(jié)果傳輸至境內(nèi)地面站，這種星上實(shí)時處理方法在提升傳輸時效的同時改善了傳輸鏈路的承載能力。

2.2.1.4 應(yīng)用服務(wù)層

天基物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)層面向天、空、地、海的各類用戶提供服務(wù)。這些應(yīng)用可分為兩類應(yīng)用模式。一類是主動式服務(wù)。這類服務(wù)主要應(yīng)用于平時，各類天基傳感器和信息采集終端各司其職，按照正常的工作模式感知數(shù)據(jù)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通信層傳輸和數(shù)據(jù)管理層處理后，將處理結(jié)果下發(fā)至用戶，滿足用戶需求，比較典型的應(yīng)用案例如海洋環(huán)境監(jiān)測、全球地圖測繪等。另一類是任務(wù)驅(qū)動式服務(wù)，這類服務(wù)更多的應(yīng)用于急時、戰(zhàn)時。首先由用戶提出需求，將需求上傳至數(shù)據(jù)管理層，在數(shù)據(jù)管理層進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，再向各天基傳感器和信息采集終端發(fā)送任務(wù)指令，驅(qū)動感知層按需獲取特定信息。感知層獲取信息后再經(jīng)過傳輸和處理，最終反饋給用戶，滿足用戶需求，比較典型的應(yīng)用案例如重要軍事目標(biāo)的實(shí)時偵察監(jiān)視、抗震救災(zāi)等。

2.2.1.5 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是構(gòu)建天基物聯(lián)網(wǎng)的保障，是推進(jìn)天基物聯(lián)網(wǎng)成體系建設(shè)的基本依據(jù)。天基物聯(lián)網(wǎng)是一個由多種設(shè)備、多維網(wǎng)絡(luò)、多領(lǐng)域應(yīng)用構(gòu)建的龐大網(wǎng)絡(luò)，為了實(shí)現(xiàn)物、人、網(wǎng)之間的互聯(lián)互通，需要用統(tǒng)一的接口、協(xié)議、編碼、標(biāo)識、共享和運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行指導(dǎo)。具體來說，天基物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系包括體系架構(gòu)規(guī)范、通用標(biāo)識規(guī)范、編碼規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范、通信接口規(guī)范、數(shù)據(jù)采集規(guī)范、數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范、數(shù)據(jù)共享規(guī)范、安全防護(hù)規(guī)范等系列通用基礎(chǔ)規(guī)范，以及數(shù)據(jù)采集匯聚規(guī)范、云端接入規(guī)范、數(shù)據(jù)交換與共享規(guī)范、跨網(wǎng)融合與拓展應(yīng)用規(guī)范、軍民兼容天基物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用規(guī)范等系統(tǒng)應(yīng)用及拓展規(guī)范等。

2.2.1.6 信息安全體系

信息安全體系是天基物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵支撐。與地面物聯(lián)網(wǎng)相比，天基物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布廣泛，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且動態(tài)變化，傳輸鏈路距離長且信道呈現(xiàn)高度的開放性特征，這些因素都使得天基物聯(lián)網(wǎng)容易受到外部的干擾和惡意攻擊，面臨巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。目前針對天基信息網(wǎng)絡(luò)，我國還未形成完善的安全保障體系和信息安全體系。傳統(tǒng)的安全防護(hù)機(jī)制難以適應(yīng)天基物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜的體系架構(gòu)和攻擊技術(shù)的快速變化，也無法抵御未知漏洞和隱蔽后門的未知網(wǎng)絡(luò)攻擊。天基物聯(lián)網(wǎng)的信息安全體系設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合當(dāng)前天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)中安全防護(hù)的技術(shù)設(shè)計(jì)，如基于擬態(tài)防御等新的安全防護(hù)機(jī)制增強(qiáng)天基物聯(lián)網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行能力。

2.2.2 系統(tǒng)體系架構(gòu)

根據(jù)天基物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系架構(gòu)，可將天基物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)體系架構(gòu)從物理空間和功能組成上分為空間段、地面段和用戶段。天基物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖2所示。

圖2 天基物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)體系架構(gòu)

2.2.2.1 空間段

天基物聯(lián)網(wǎng)的空間段是物理表現(xiàn)形式上與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)最明顯的區(qū)別?？臻g段分布了位于大氣層外不同軌道平面和高度的通信、導(dǎo)航、遙感等衛(wèi)星以及位于大氣層內(nèi)鄰近空間的飛艇等。這些衛(wèi)星和飛艇上搭載了各類傳感器和通信、路由等設(shè)備，形成互聯(lián)互通的空間網(wǎng)絡(luò)。天基物聯(lián)網(wǎng)的空間段從物理空間上可進(jìn)一步細(xì)分為地球同步軌道段、中低衛(wèi)星軌道段和臨近空間段。

地球同步軌道段衛(wèi)星主要有天基骨干網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)衛(wèi)星星簇、氣象衛(wèi)星、低分辨率對地觀測衛(wèi)星等。這類衛(wèi)星的共同特點(diǎn)是覆蓋范圍廣，如3顆靜止軌道通信衛(wèi)星可覆蓋全球大部分地區(qū)，1顆靜止軌道氣象衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)對中國所有國土區(qū)域的覆蓋。地球同步軌道段的衛(wèi)星集合中，天基骨干網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)衛(wèi)星星簇發(fā)揮重要作用，一方面作為信息的中繼傳輸通道，另一方面承擔(dān)天基信息港的作用，是空間數(shù)據(jù)處理的中心。

中低衛(wèi)星軌道段是各類衛(wèi)星分布最多的區(qū)域，絕大部分通信、導(dǎo)航、遙感類衛(wèi)星均部署在這一區(qū)域。中低軌道的遙感、偵察等衛(wèi)星是天基物聯(lián)網(wǎng)感知信息的主要獲取手段，每天采集著海量的感知數(shù)據(jù)。導(dǎo)航衛(wèi)星配合定位導(dǎo)航終端提供位置、授時和短報(bào)文類的感知信息。通信衛(wèi)星構(gòu)成了天基感知信息的接入網(wǎng)絡(luò)，海量的感知數(shù)據(jù)通過接入網(wǎng)絡(luò)可傳輸至天基物聯(lián)網(wǎng)的任一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下一步的處理。

雖然衛(wèi)星平臺能夠有效解決遠(yuǎn)離地面網(wǎng)絡(luò)的感知終端數(shù)據(jù)接入問題，但是即使低軌衛(wèi)星仍距離地面有較高的高度，因此在地面和低軌衛(wèi)星之間可考慮再增加一層數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，對特定的區(qū)域進(jìn)一步增強(qiáng)。臨近空間由于其獨(dú)特的空間環(huán)境，便于飛行器長時間駐留，甚至可達(dá)一年之久，可部署為距離地面僅幾十公里的地球靜止軌道衛(wèi)星。這種特性對于通信傳輸來講，可以極大程度地降低傳輸時延和鏈路損耗；對于遙感對地觀測而言，可以以極高分辨率(厘米級)對特定目標(biāo)定點(diǎn)持續(xù)觀測，如在邊境線附近對敵對國家的邊境活動進(jìn)行監(jiān)視。臨近空間的飛艇等平臺同時還具有成本低廉、靈活部署、抗毀能力強(qiáng)等優(yōu)勢，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2.2.2 地面段

天基物聯(lián)網(wǎng)的地面段主要包括分布于地面或距離地表較近的信息采集設(shè)備及其他傳感器、地面部署的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及地面數(shù)據(jù)處理站網(wǎng)。

天基物聯(lián)網(wǎng)地面段的設(shè)備或傳感器因各種原因需要通過天基網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入和數(shù)據(jù)傳輸。這些設(shè)備或傳感器有空中飛行的民航客機(jī)、海上航行的艦船搭載的傳感設(shè)備、海面上的浮標(biāo)、野外戰(zhàn)場中布設(shè)的環(huán)境傳感器等。這些地面或地表附近的信息采集設(shè)備和傳感器與空間段中的天基傳感器共同構(gòu)成了天基物聯(lián)網(wǎng)的立體感知網(wǎng)絡(luò)。

天基物聯(lián)網(wǎng)主要的信息傳輸手段是天基通信網(wǎng)絡(luò)，但是地面部署的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，如4G/5G移動通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、專用局域網(wǎng)等信息傳輸方式也是必不可少的，也將參與天基物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)與應(yīng)用。例如，地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點(diǎn)之間的通信，地面數(shù)據(jù)處理站網(wǎng)之間的通信，數(shù)據(jù)處理完成至應(yīng)用終端之間的通信，均需要地面數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的支持。

地面數(shù)據(jù)處理站網(wǎng)的組成及功能在技術(shù)體系架構(gòu)一節(jié)中已經(jīng)闡述，此處不再重復(fù)。

2.2.2.3 用戶端

天基物聯(lián)網(wǎng)的用戶段廣泛分布于天、空、地、海的各個角落，是天基物聯(lián)網(wǎng)的用戶終端，可滿足不同種類用戶接入天基物聯(lián)網(wǎng)的需求，并通過終端向用戶提供天基物聯(lián)網(wǎng)的各種服務(wù)。

天基用戶包括各類航天飛行器和臨近空間飛行器中搭載的用戶終端。航天飛行器在空中的正常運(yùn)行和任務(wù)執(zhí)行均需要天基物聯(lián)網(wǎng)提供功能支撐，如各種衛(wèi)星的測控工作需要天基物聯(lián)網(wǎng)傳送指令；立體測繪衛(wèi)星上的成像傳感器載荷也需要天基導(dǎo)航衛(wèi)星提供高精度的三維位置坐標(biāo)，用于輔助傳感器確定成像結(jié)果的精確地面坐標(biāo)。

空中用戶主要包括各種航空飛行器，如民航客機(jī)、軍用飛機(jī)、無人機(jī)等飛行器以及這些飛行器上搭載的乘客、設(shè)備等均需要通過天基物聯(lián)網(wǎng)獲取通信服務(wù)。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中鳥類等空中飛行的生物身上帶有的傳感器，其數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，此時這些生物也成為了天基物聯(lián)網(wǎng)的用戶。

地面用戶是天基物聯(lián)網(wǎng)占比最大、數(shù)量最多的用戶集體。第一類天基物聯(lián)網(wǎng)的用戶是不便于通過地面網(wǎng)絡(luò)接入的用戶，如位于荒漠、山區(qū)、叢林、野外的旅客、居民、士兵等用戶。第二類天基物聯(lián)網(wǎng)的用戶是政府部門、行業(yè)用戶等，如國土資源部門需要利用天基物聯(lián)網(wǎng)對國土資源進(jìn)行周期性的測繪，氣象部門需要利用天基物聯(lián)網(wǎng)對氣候變化情況進(jìn)行及時的監(jiān)測，軍隊(duì)需要利用天基物聯(lián)網(wǎng)對作戰(zhàn)區(qū)域或重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時的偵察監(jiān)視。

海洋是天基物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要場景，世界上約80%的面積被海洋覆蓋，而在海洋上的信息傳輸基本只能依靠衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)。各類艦船等海上運(yùn)載工具搭載的設(shè)備和乘客均是天基物聯(lián)網(wǎng)的用戶。海面上的浮標(biāo)、海島上的燈塔等也可通過天基物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。隨著水下通信技術(shù)的發(fā)展，未來海下的潛艇、魚類等搭載的傳感器也可逐步接入天基物聯(lián)網(wǎng)，成為天基物聯(lián)網(wǎng)的用戶群體。

3 天基物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢

3.1 天基信息感知能力更加全面、精確、及時

隨著感知手段的豐富，未來天基物聯(lián)網(wǎng)的信息感知能力將更加全面，分布于地面、地下、海面、水下、空中、太空等全球范圍內(nèi)的傳感器將具備從宏觀到局部、從局部到細(xì)節(jié)的感知能力，并在幾何、光譜、時間、輻射等方面具備越來越高的分辨能力。

感知結(jié)果的精確是后續(xù)處理和應(yīng)用的前提，天基物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)要求數(shù)據(jù)源能夠越來越精確。隨著各種傳感技術(shù)和硬件水平的提高，未來各種傳感器感知到的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)及時空位置信息等將更加精確。

及時的感知信息獲取能力是保障天基物聯(lián)網(wǎng)提供實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時應(yīng)用的基礎(chǔ)，而當(dāng)前遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)感知能力距離實(shí)時應(yīng)用還具有較大差距，面對應(yīng)急事件時，遙感衛(wèi)星經(jīng)常會因?yàn)榫嚯x較遠(yuǎn)而無能為力。除了發(fā)射越來越多的衛(wèi)星以提高傳感器的重訪能力，未來天基物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)還需要重點(diǎn)研究衛(wèi)星的資源調(diào)度和任務(wù)規(guī)劃，以更加及時地獲取感知數(shù)據(jù)。

3.2 天基信息傳輸能力更加安全、高速、通暢

信息傳輸?shù)陌踩雷o(hù)能力對于天基物聯(lián)網(wǎng)的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。天基信息網(wǎng)絡(luò)本身具有體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通信信道開放、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)等特點(diǎn)，面臨比地面網(wǎng)絡(luò)更加嚴(yán)峻的安全防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。為了滿足天基物聯(lián)網(wǎng)國防軍事等領(lǐng)域?qū)π畔踩膽?yīng)用需求，未來需要突破天基信息傳輸?shù)陌踩雷o(hù)關(guān)鍵技術(shù)，提供能夠有效抵御基于未知漏洞和隱蔽后門的網(wǎng)絡(luò)攻擊安全防護(hù)體系。

天基信息傳輸距離遠(yuǎn)，時間延遲長，這是天基物聯(lián)網(wǎng)的特性，也是其應(yīng)用的短板問題，研究天基信息的高速傳輸技術(shù)對于提升天基物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時服務(wù)與保障能力具有重要意義。激光通信是當(dāng)前星間鏈路較多采用的一種通信方式，它具有高速率、網(wǎng)絡(luò)化、多用途等特點(diǎn)，其中高速率是其主要的應(yīng)用目標(biāo)與發(fā)展方向。當(dāng)前激光通信的速率已經(jīng)達(dá)到約6 Gb/s；美國提出了在衛(wèi)星和地面間利用激光進(jìn)行通信的方案，速率有望達(dá)到10 Gb/s；未來激光通信將向著40 Gb/s甚至更高的速率發(fā)展。

天基信息高速傳輸是保障信息快速到達(dá)處理節(jié)點(diǎn)或應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的必要條件，卻不是充分條件。天基信息傳輸?shù)耐ǖ肋€需要盡可能地通暢，這要求信息的傳輸距離應(yīng)盡可能縮短，信息在不同節(jié)點(diǎn)之間傳遞或不同方式之間轉(zhuǎn)換的時間窗口應(yīng)盡可能大，直至具備全天時的傳輸能力。要實(shí)現(xiàn)天基信息的通暢傳輸需要從天基衛(wèi)星星座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、衛(wèi)星星間鏈路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、衛(wèi)星資源調(diào)度和任務(wù)規(guī)劃等方面展開深入研究。

3.3 天基信息處理能力更加自主、高效、準(zhǔn)確

當(dāng)前天基信息數(shù)據(jù)處理通常在地面數(shù)據(jù)中心進(jìn)行，雖然主要的數(shù)學(xué)運(yùn)算已經(jīng)基本被高性能計(jì)算機(jī)取代，但是整個數(shù)據(jù)處理流程離不開人工的輔助作業(yè)。天基物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理將遍布于各種感知末端、信息傳輸節(jié)點(diǎn)、天基信息港和地面數(shù)據(jù)處理中心等處，這要求天基物聯(lián)網(wǎng)具備無人值守的自主數(shù)據(jù)處理能力。邊緣計(jì)算在感知終端的廣泛應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理算法性能的提升、GPU等硬件的迭代升級都將推動天基信息數(shù)據(jù)處理更加快速和高效。大數(shù)據(jù)分析能夠從海量的天基物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)中挖據(jù)出有效信息，人工智能技術(shù)能夠從大規(guī)模訓(xùn)練樣本中找到準(zhǔn)確的模式識別方法，這些技術(shù)應(yīng)用于天基物聯(lián)網(wǎng)將能夠提升數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性。

3.4 天基信息服務(wù)能力更加實(shí)時、泛在、智能

信息服務(wù)的實(shí)時性對于用戶體驗(yàn)而言具有重要意義，小至日常生活中的語音通話，大至戰(zhàn)場上的態(tài)勢感知，對時效都有著嚴(yán)苛的要求。天基信息及時的感知能力、高速和通暢的傳輸能力、高效的處理能力，所要實(shí)現(xiàn)的目的只有一個，即讓天基信息的服務(wù)更加實(shí)時。天基信息服務(wù)領(lǐng)域廣泛，幾乎涵蓋了國家和社會領(lǐng)域的方方面面。借鑒5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)切片的思想，可面向不同應(yīng)用將天基物聯(lián)網(wǎng)劃分不同的應(yīng)用子網(wǎng)，提供大連接、增強(qiáng)型寬帶、低時延等不同種類服務(wù)，使天基物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)能力更加泛在化。智能時代的到來還要求天基物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)具備智能化特征，天基信息服務(wù)的智能化表現(xiàn)在其應(yīng)用模式從產(chǎn)品驅(qū)動轉(zhuǎn)向任務(wù)驅(qū)動，即天基信息服務(wù)因任務(wù)需求的產(chǎn)生，其產(chǎn)品只是為應(yīng)用服務(wù)而存在，由此還能解決星地資源配置不合理、應(yīng)急響應(yīng)效率低等問題。

3.5 天空地海一體化融合發(fā)展

天基物聯(lián)網(wǎng)以天基信息網(wǎng)絡(luò)為主要信息傳輸方式，下一步將融合地面、空中的通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建天地一體化的物聯(lián)網(wǎng)，此時天基物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，并成為一體。伴隨著地下、水下通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和技術(shù)的突破，未來天基物聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)一步融合地下、水下的通信網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)天空地海一體化的融合發(fā)展，使物聯(lián)網(wǎng)真正做到全球范圍內(nèi)“無死角”的實(shí)時感知。天空地海一體化物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需要突破多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在體系架構(gòu)、技術(shù)體制、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議等方面的融合。

4 結(jié)束語

在“新基建”頻頻在國家層面被提及且寫進(jìn)了《2020年國務(wù)院政府工作報(bào)告》等多個官方文件的今天，天基物聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、人工智能等多個已明確的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，發(fā)展正當(dāng)其時。天基物聯(lián)網(wǎng)的建成能夠提升我國在自然資源調(diào)查、應(yīng)急搶險(xiǎn)救災(zāi)、國防軍事應(yīng)用等多領(lǐng)域的服務(wù)保障能力，同時也是展現(xiàn)強(qiáng)大綜合國力、形成戰(zhàn)略威懾的有效支撐。本文在前人研究基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)工程思維，進(jìn)一步從技術(shù)和系統(tǒng)兩個層面提出了其體系結(jié)構(gòu)，分析其發(fā)展趨勢，在天基物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)實(shí)施中更具有實(shí)際應(yīng)用價值。我國火箭運(yùn)載技術(shù)、衛(wèi)星發(fā)射能力日臻成熟，天基物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)具備基本條件，但是當(dāng)前仍然面臨一定的技術(shù)挑戰(zhàn)，存在衛(wèi)星部署成本較高、頻譜資源相對緊缺等問題。作為戰(zhàn)略性的新型基礎(chǔ)設(shè)施，天基物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)可以充分發(fā)揮我國的體制優(yōu)勢，建議下一步應(yīng)集中力量攻克技術(shù)難題，并深入研究論證天基物聯(lián)網(wǎng)的具體部署和實(shí)施方案。