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空间信息网可重构安全路由协议：创新设计与实践探索

一、引言

1.1研究背景与意义

随着信息技术的飞速发展，空间信息网作为获取、传输和处理空间信息的重要基础设施，在军事、民用等领域发挥着日益重要的作用。空间信息网凭借卫星得“天”独厚的优势，对广域空间信息资源进行一体化组织与处理，是具有按需服务能力的空间信息基础设施。它是由不同轨道上不同种类、不同性能的卫星或星座系统以及相应的地面设施，按照信息资源的最大有效综合利用原则，通过星地、星间链路构成的天地一体化综合网络系统，能够集信息获取、信息分发、信息处理于一体，以最小的代价获取尽可能广泛、实时的信息，并快捷地发送到各终端。

当前，空间信息网的发展呈现出蓬勃的态势。星链已经完成了第87批次的卫星发射，目前在轨卫星超过4500颗，已经在全球40多个国家和地区提供宽带服务，活跃用户超过百万。国内卫星星座也在群雄逐鹿状态，2021年4月，中国星网正式成立，开展卫星互联网建设运营工作；银河航天、国电高科、时空道宇等民营公司也相继发布了星座计划。空间信息网络和地面网络各有优势，具有天然的融合属性，未来，空间信息网络将和地面网络融合发展，形成天地融合网络，为用户提供立体泛在的信息服务。手机直连卫星是天地融合通信的一个有益探索，也是未来信息通信的一个重要模式，它既能让卫星充分利用地面网络的产业链，又能把移动通信用户发展为卫星用户，对于地面网络和空间信息网络都有非常重要的价值和意义。在国际电信联盟（ITU），WP4B和SG4于2022年9月完成了《5G卫星无线电接口愿景、需求和评估方法》，2023年6月完成了《卫星国际移动通信（IMT）未来技术趋势》的立项工作，代表6G卫星研究全面启动。3GPP也针对空间信息网络开展相关工作即非地面网络（NonTerrestrialNetwork，NTN）。中国信息通信研究院早在2020年就已经启动了空间信息网络相关工作，组织开展了5G信号体制上星相关测试和验证，覆盖高轨、低轨，宽带、窄带。2023年4月，中国信息通信研究院牵头在IMT-2020推进组成立了NTN工作组，正在联合更多业界伙伴，在更加多元化的场景下开展基于NTN的测试验证工作，通过组织开展关键技术研究和试验，验证NTN技术的可行性与成熟度，指导技术与设备研发，最终目标是引领整个产业生态的构建。

在空间信息网中，路由协议负责决定数据包在网络中的传输路径，是保障网络通信正常运行的关键。安全路由协议更是保证空间信息网安全的重要手段，其功能是在网络中建立安全的路径以尽可能避免网络攻击造成的安全威胁。安全路由协议通常采用一些加密算法、安全认证协议等手段来确保网络传输的数据安全性和完整性。由于空间信息网的特殊性，如卫星节点的动态性、链路的不稳定性、网络拓扑的频繁变化以及面临的复杂攻击环境等，传统的路由协议难以满足其安全和性能需求。

传统路由协议在面对空间信息网的复杂环境时存在诸多局限性。一方面，灵活性不足，传统路由协议通常是预定好的，难以进行扩展和修改。如需修改需要重新设计协议，这样就极大限制了协议的灵活性和可扩展性。另一方面，性能受限，随着网络规模的增加，传统的路由协议容易出现性能瓶颈。在大规模网络中，路由器需要维护的路由表和协议信息会变得非常庞大，导致路由器处理速度变慢，延迟增大。此外，传统路由协议在安全性方面也存在缺陷，容易受到各种攻击，如路由欺骗、路由泄露和路由环路等，这些威胁可能导致网络中断、数据泄露和服务不可用等问题。

为了解决传统路由协议在空间信息网中面临的问题，可重构技术应运而生。可重构技术能够使路由协议根据网络环境的变化动态调整自身的结构和功能，从而提高协议的灵活性、适应性和性能。通过可重构的路由协议，可以在不重构硬件的情况下修改路由协议，提高路由协议的灵活性和可扩展性。此外，可重构路由器的多核架构和高性能硬件资源也可以提高路由器的运行性能。将可重构技术应用于空间信息网安全路由协议的研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。

从理论意义上看，可重构安全路由协议的研究有助于丰富和完善空间信息网路由协议的理论体系，为解决复杂网络环境下的路由问题提供新的思路和方法。它能够深入探讨路由协议在动态变化的网络环境中的自适应机制、安全防护机制以及性能优化机制，推动网络通信理论的发展。

从实际应用价值来看，可重构安全路由协议能够显著提升空间信息网的安全性、可靠性和性能。在军事领域，可确保军事通信的机密性和稳定性，为作战指挥提供可靠的通信保障，增强军队的战斗力和应变能力；在民用领域，可满足诸如卫星互联网、智能交通、远程医疗等对通信质量和安全性要求较高的应用场景需求，促进相关产业的发展，提高人们的生活质量。同时，可重构安全路由协议