索尼CSL和日本宇航機(jī)構(gòu)成功演示光通訊數(shù)據(jù)傳輸 為平流層和外太空互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)奠定技術(shù)基礎(chǔ)

    索尼計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（總裁兼首席執(zhí)行官： 北野宏明，下稱：索尼CSL）和日本國(guó)立研究開發(fā)法人宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（理事長(zhǎng):山川宏/下稱JAXA）成功進(jìn)行了一項(xiàng)演示實(shí)驗(yàn)，即在模擬的低質(zhì)量和易出錯(cuò)的通訊環(huán)境中完整傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)文件。在嚴(yán)峻而復(fù)雜的環(huán)境中完成數(shù)據(jù)傳輸是未來(lái)平流層和近地軌道光通訊的關(guān)鍵，索尼CSL和JAXA已經(jīng)為這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。該實(shí)驗(yàn)是JAXA的“太空創(chuàng)新合作伙伴計(jì)劃”（J-SPARC）*1的一部分。

    為了使自由空間光通訊能夠更好應(yīng)用于平流層和更遠(yuǎn)的極端高度，通訊設(shè)備必須小型、節(jié)能，且能夠?qū)崿F(xiàn)高速傳輸。此外，通訊設(shè)備之間的長(zhǎng)距離意味著其方向的任何變化都可能導(dǎo)致發(fā)送設(shè)備的激光信號(hào)不能被接收設(shè)備穩(wěn)定接收。信號(hào)噪聲也可能出現(xiàn)在環(huán)境和接收設(shè)備中，導(dǎo)致信號(hào)編碼錯(cuò)誤。鑒此，標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議套件 (TCP/IP) 無(wú)法在此類環(huán)境中確保設(shè)備之間的穩(wěn)定通訊鏈路。

    索尼CSL和JAXA的合作旨在建立低軌道衛(wèi)星和無(wú)人機(jī)之間基于光通訊的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)平流層的通訊。雙方模擬出一個(gè)建立在千兆以太網(wǎng)線路上的、具有自由空間光通訊誤碼率的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在這種低質(zhì)量的環(huán)境下，普通互聯(lián)網(wǎng)通訊無(wú)法完成。但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)卻以446 Mbps*2的速度，完整無(wú)損地被成功傳輸。這一結(jié)果表明，自由空間的光通訊也有可能實(shí)現(xiàn)類似于地面互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的高質(zhì)量和高速通訊。

    此次通訊采用結(jié)合了索尼CSL的前向糾錯(cuò)（FEC）*3和JAXA的延遲/中斷容忍網(wǎng)絡(luò)（DTN）*4的信號(hào)處理方法，前者基于索尼通過(guò)藍(lán)光等光學(xué)技術(shù)不斷演進(jìn)發(fā)展的激光讀取技術(shù)。

    這次成功的演示實(shí)驗(yàn)，意味著平流層或近地軌道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光學(xué)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)高速、高帶寬和低能耗。這將是未來(lái)通訊服務(wù)新的商業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)，例如安裝在低地球軌道衛(wèi)星群上的小型光通訊終端*5，或用于平流層通訊的無(wú)人機(jī)。

    索尼CSL和JAXA計(jì)劃還將繼續(xù)共同研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的太空通訊服務(wù)。

    1：J-SPARC太空創(chuàng)新合作伙伴計(jì)劃旨在連接JAXA和有志于太空業(yè)務(wù)的私營(yíng)企業(yè)，獲得雙方商業(yè)化承諾，共同研究業(yè)務(wù)概念，促進(jìn)外向型技術(shù)開發(fā)和示范。https://aerospacebiz.jaxa.jp/solution/j-sparc/

    2：與TCP相比，該實(shí)驗(yàn)是在偽隨機(jī)錯(cuò)誤環(huán)境下進(jìn)行的。9.77E-4的誤碼率是假設(shè)在有輕微的光信號(hào)的長(zhǎng)距離高速互聯(lián)網(wǎng)通訊。

    3：索尼CSL的自由空間光通訊以太網(wǎng)糾錯(cuò)技術(shù)目前正在由空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)協(xié)商委員會(huì)（CCSDS）作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行考察。此外，它采用了與國(guó)際空間站小型光鏈路（SOLISS）系統(tǒng)相同的基礎(chǔ)技術(shù)，該系統(tǒng)在2020年3月成功演示了低地球軌道和地面站之間的雙向通訊。https://www.sonycsl.co.jp/press/prs20200423/

    4：延遲/中斷容忍網(wǎng)絡(luò)是一種可共同互操作的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，當(dāng)TCP/IP由于通訊問(wèn)題（延遲和/或中斷）而無(wú)法工作時(shí)，可以用來(lái)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)通訊。JAXA為ISO標(biāo)準(zhǔn)（ISO 21323和ISO 21080）的規(guī)格做出了貢獻(xiàn)。

    5：一個(gè)通過(guò)連接大量低地球軌道衛(wèi)星提供新優(yōu)勢(shì)的衛(wèi)星系統(tǒng)。