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“空间信息网络基础理论与关键技术” 重大研究计划2015年度项目指南

空间信息网络是以空间平台(如同步卫星或中、低轨道卫星、平流层气球和有人或无人驾驶飞机等)为载体，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统。作为国家重要基础设施，空间信息网络在服务远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输、航天测控等重大应用的同时，向下可支持对地观测的高动态、宽带实时传输，向上可支持深空探测的超远程、大时延可靠传输，从而将人类科学、文化、生产活动拓展至空间、远洋、乃至深空，是全球范围的研究热点。空间信息网络的发展，受频谱和轨道等资源的限制，难以通过增加空间节点数量和提高节点能力来扩大时空覆盖范围。为从根本上解决现有信息网络全域覆盖能力有限、网络扩展和协同应用能力弱的问题，亟需开展空间信息网络基础理论与关键技术研究，通过新理论、新方法探索，有力支持空间信息服务能力的大幅提升。

一、科学目标

本重大研究计划的总体科学目标是：瞄准信息网络科学的学科发展前沿，针对空间信息网络大时空跨度网络体系结构、动态网络环境下的高速信息传输、稀疏观测数据的连续反演与高时效应用等基础性重大挑战，研究大尺度时空约束下空间网络及空间信息传输处理等机理，重点突破动态网络容量优化、高速信息传输及多维数据融合应用等技术难题，

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通过传输网络化、处理智能化和应用体系化等方法，将网络资源动态聚合到局部时空区域，解决空间信息网络在大覆盖范围、高动态条件下空间信息的时空连续性支持问题，为提升全球范围、全天候、全天时的快速响应和空间信息的时空连续支撑能力，实现我国空间网络理论与技术高起点、跨越式发展，并有效支撑高分辨率对地观测、卫星导航、深空探测等国家重大专项的发展奠定理论基础。同时，通过重大研究计划的实施，培养空间信息网络理论与技术领域领军人才及优秀科研群体。

二、核心科学问题

本重大研究计划面向网络理论与空间信息科学发展前沿，瞄准空间网络体系结构、动态网络信息传输理论、空间信息表征与时空融合处理等重大基础科学理论，围绕高分辨率对地观测、中国卫星导航系统、载人航天与探月工程等国家重大专项发展需求，重点解决以下三个核心科学问题： （一）空间信息网络模型与高效组网机理。

空间节点高动态运动、网络时空行为复杂，业务类型差异大，要求空间网络可重构，能力可伸缩。其难点在于常规网络基于静态拓扑可采用图模型与优化理论，而空间网络涉及多种异构动态变化的节点连接，必须发展动态图模型与优化理论。需要重点研究：大时空尺度下的网络结构模型、可扩展的异质异构组网关键技术、空间动态网络容量理论，实现空间节点高效组网，涉及数学、宇航与通信等学科。 （二）空间动态网络高速传输理论与方法。

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空间节点和链路动态变化且稀疏分布，导致多点到多点的信息传输容量随网络拓扑的时变空变而发生变化，高动态时变网络给传统信息传输理论带来巨大的挑战，致使大时空跨度下实时端到端传输容量优化的可靠性和稳定性成为突出难题。需重点研究：时变网络的信息传输理论、空间信息网络资源感知与优化调度、高动态时变网络的智能协同方法等，涉及通信、数学与空间物理等学科。 （三）空间信息稀疏表征与融合处理。

多维、多尺度空间信息的获取、处理、网络化共享与应用服务的核心问题是链路传输与处理瓶颈，一方面涉及空间信息的特征提取与稀疏表征；另一方面，由于多维信息尺度不同、时空基准存在差异，离散时空采样的融合处理将面临信息时空特性深层次精准表征等基础问题。为此需重点研究：空间信息网络的时空基准与统一表征、多维信息的时空同化与融合处理、空间信息的快速提取与知识发现等，涉及遥感/地学、信息、计算机等学科。

三、2015年度重点资助领域和研究方向

2015年度围绕本重大研究计划的三个基本科学问题，进一步深入网络体系架构与空间网络理论的研究，重点部署空间组网、传输与信息处理、试验平台与试验方法等关键技术研究课题，加强网络化场景下空间信息获取、传输与处理的应用研究，开展基于各类空间设施集成演示方案的综合论证。拟资助如下领域的“重点支持项目”及与其相关的“培育项目”。

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（一）空间信息网络模型与高效组网机理。 1. 重点支持项目的研究方向（3项）。

（1）基于空间站的集成演示系统设计与试验方法研究。 以空间信息网络重大研究计划各研究方向新理论、新技术与新成果的集成演示和验证为目标，密切结合国家重大工程迫切需求，利用空间站、试验卫星等资源开展关键技术的空间试验与验证方法研究，设计能够反映空间信息网络主要特征的原型系统及空间等效试验平台，提出特定任务场景下的天地一体多功能综合集成演示方案、试验数据处理分析与效能评估方法，进行初步演示验证，为国家重大工程建设和后续空间信息网络重大研究计划集成演示提供支撑。

考核目标：完成空间信息网络综合集成演示方案及其原型系统和空间等效试验平台设计；演示方案涉及各要素具备2020年左右完成空间试验条件；原型系统需体现空间信息网络的主要特征；空间等效试验平台具备集成演示空间信息网络重大研究计划各研究方向新理论、新技术与新成果的能力。

（2）无人机/临近空间平台与卫星综合组网机理与演示验证。

无人机、临近空间飞行器等大型空中平台是空间信息网络的重要组成部分，相比于卫星系统具有规划部署快、平台高度低、时空尺度小等特点，在应急救援、对地观测等方面具有反应迅速、观测精准等优势。针对空间信息网络全域覆盖与局部增强和多类业务接入组网等应用需求，探索无人机

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/临近空间平台与卫星综合组网通信的体系架构、网络优化理论和协同工作机制，研究各类异质空间平台高动态组网机理与方法，解决由于空间平台作业环境强干扰、易遮挡所导致的信息传输难题，设计并构建特定任务背景下的动态组网演示模型，完成体现大范围、超视距、长航时、跨平台特质的典型应用演示验证方案设计与效能评估方法研究。

考核目标：提出天-空-地一体化空间信息网络模型与跨平台、高动态组网方法；提出系统设计方案与关键技术指标；设计大范围、超视距、长航时、跨平台的典型应用演示验证系统；完成关键技术演示方案及评估方法研究。

（3）基于任务驱动的动态重构空间信息网络体系设计与关键技术研究。

研究空间信息网络在航天测控、对地观测及空间科学实验等领域的应用保障模式，针对空间信息网络节点类型多样、能力差异大、技术体制不一、在轨硬件升级难度大等问题，开展基于任务驱动的动态重构空间信息网络体系设计和多任务规划研究，借鉴软件定义网络（SDN）等理念，开展各类空间信息网络节点资源（如天线、功率、频率、计算、存储等）虚拟化研究，构建屏蔽底层硬件差异全网统一的资源控制管理模型，突破适用于空间网络特征的资源虚拟化映射和动态调度控制等关键技术，完成面向任务可动态重构的空间信息网络原型系统设计。

考核目标：提出基于任务驱动的动态重构空间信息网络体系架构；建立基于资源虚拟化的空间信息网络控制和资源

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