从1980颗卫星组成的能覆盖全球的英国OneWeb卫星网络，到美国SpaceX“星链”(Satrlink)计划发射上万颗卫星，再到中国的“鸿雁”“虹云”“行云”“国网”等星座网络计划，未来将有数以万计的智能卫星会被发射到太空中。
“如此众多的卫星之间只有实现数据的‘跨界互联’，打破信息‘孤岛’，才会凝结出更强大的天基智慧。”日前，中科院软件所天基重点实验室发布“天智协议栈”beta版，可有效支撑卫星之间互联互通互操作，大大加快卫星互联网建设的步伐。中国科学院软件所研究员、天基实验室研究一部主任刘立祥表示，对于网络来说，协议是灵魂和核心，是互联“万维网”的掌舵者，对网络效能的发挥能力起着决定性作用。
刘立祥研究员介绍，为了解决天地一体化互联组网，中科院软件所天基实验室自2003年起，在原国家863计划和中科院的支持下，携手中国科大、清华、北邮、北航、国防科大、中电54所等十余所高校和研究院所，经过十余年的探索，才有了“天智协议栈”今天成果。
大互联需实现数据“不问出处”
人们对于网络协议并不陌生，在地面的互联网络中，采用的是TCP/IP互联网协议，可以在各种硬件和操作系统上实现互操作。有了TCP/IP协议，不会因为这台机器使用Windows系统，另一台机器使用Linux系统就无法传递信号了，安卓和苹果系统也可以在同一套协议中互相联络。
空天的互联，需要天基卫星间能够实现终端无关、网络无关、应用无关的终端与服务发现、定位和访问。不同星座间对数据的接收、计算等需要做到“英雄不问出处”。
“目前的卫星大致分为资源遥感、导航定位、通信服务等三类，它们采用独立的天、空、地基系统提供服务。”刘立祥说，不同的星座自成体系、要将不同的遥感卫星或其他卫星获取的信息，在天基进行互操作服务目前是非常困难的。任务不同的卫星“天生”就不一样，比如资源遥感卫星、情报卫星、气象卫星，其对信息实时性、安全性、传输带宽要求各不相同。
这些不同对包括卫星互联网的天地一体化网络的服务协同性提出了挑战。“需要一个总的‘掌舵者’，既能接收、传送不同的信息，还能对应用和网络资源进行协同和调配。”刘立祥说，天智协议栈提供了从应用层到物理层的完整解决方案，可以支持包括会话、交互、传输、采集等不同的业务类型，具有窄带、宽带业务自适应能力，支持规则和不规则组网模式。天智协议栈的协议采用模块化、层次化设计，接口透明，针对不同的网络应用，可根据不同的应用进行协议模块的调用，可满足不同的应用要求。
应对“闪速飞行”创新IP虚拟化技术
在地面，每台机器都会分配一个IP地址使得它们“认识”和“区分”彼此。但在空天域中，卫星持续高速移动，使得它们的接入节点随时变化。
卫星的闪速飞行，为统一组网并实现信息应用带来了一个难题。“如果给每一个卫星赋予一个IP，能够解决统一地址分配问题，但卫星的快速移动使得它在网络中的地址不断出现变化，这对路由的将造成非常大的影响。”
为了将天基卫星移动和终端的移动对网络的影响降低到最低，天智协议栈采用全新的动态IP虚拟化技术，有效解决卫星/终端移动造成的地址频繁切换、终端寻址困难等难题。“我们在网络层采用动态网络虚拟化技术，设计了针对单层、双层、三层等不同卫星网络架构以及地面和空间一体化路由机制和地址管理协议。”刘立祥说，通过虚拟化，将卫星的IP和标识进行了有效统一，为天地一体化路由和传输提供了全新的解决方案，还可以支持断点续传、负载均衡以及多径选择等个性化的需求。
刘立祥研究员表示，为了验证协议栈的性能，项目组推出了“天智网络测试床”，该测试床不仅可以实现不同的协议性能实时对比和测试，还可以实现从卫星组网体系论证、协议分析、卫星网络管控的全生命周期管理。
天智协议栈beta版的研制，不仅可以大力支撑国家天地一体化网络、以及航天科技、航天科工、中科院等行业部门卫星系统建设，对商业航天也将起到极大的促进作用。刘立祥研究员表示，下一步，项目组将开放协议架构，邀请国内有志于航天组网的人员共同开展RC版的研制。
