基于智能邊緣計算的數(shù)據(jù)鏈：原理、架構(gòu)與挑戰(zhàn)

陳文韻，劉晨熙，彭木根

(北京郵電大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100871)

0 引言

為滿足不同應(yīng)用場景下的通信需求，業(yè)界已研制多種數(shù)據(jù)鏈[1]：一是面向控制與指揮分發(fā)業(yè)務(wù)的Link系列數(shù)據(jù)鏈；二是面向高速傳輸業(yè)務(wù)的通用數(shù)據(jù)鏈(CDL)；三是面向時間敏感業(yè)務(wù)的機(jī)動協(xié)同類數(shù)據(jù)鏈，如戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(TTNT)、機(jī)間數(shù)據(jù)鏈(IFDL)等。每類數(shù)據(jù)鏈包含多種型號，在傳輸速率、距離、時延等方面具有不同特性。Link系列數(shù)據(jù)鏈包括Link-11、Link-16、Link-22等型號，工作在L、UHF、HF等頻段，通信覆蓋距離遠(yuǎn)，支持視距與非視距傳輸，且采用擴(kuò)頻、跳頻、加密等多種抗干擾傳輸技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢，但存在傳輸速率低(通常在kbit/s級)、接入時延高、難以機(jī)動接入等不足。CDL系列寬帶數(shù)據(jù)鏈包括標(biāo)準(zhǔn)CDL、衛(wèi)星CDL、多平臺CDL等型號，工作在X、Cu等頻段，下行數(shù)據(jù)鏈路傳輸速率高，最高可達(dá)274 Mbit/s，但通信距離較為有限、下行鏈路無抗干擾能力，且部分型號僅支持點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。面向機(jī)動協(xié)同的TTNT數(shù)據(jù)鏈主要優(yōu)勢在于接入靈活性高，支持高動態(tài)場景下的機(jī)動協(xié)同，但因工作在L/S頻段，傳輸距離與傳輸速率有限。

不同數(shù)據(jù)鏈工作頻段、波形、通信協(xié)議的差異性顯著，面向特定應(yīng)用高度定制化的特征明顯，形成了當(dāng)前煙囪式發(fā)展局面。隨著應(yīng)用場景不斷拓展，數(shù)據(jù)鏈面臨著廣域覆蓋、高速高可靠低時延傳輸、全域多維態(tài)勢感知、海量信息融合決策等多維度性能要求[2]。為了滿足上述未來復(fù)雜應(yīng)用場景下的差異化業(yè)務(wù)需求，多種異構(gòu)數(shù)據(jù)鏈共存將是突破傳統(tǒng)單一數(shù)據(jù)鏈技術(shù)功能與性能受限的必然趨勢。

面對多種數(shù)據(jù)鏈傳輸方式，如何智能選擇并配置最佳數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，來適配不同業(yè)務(wù)場景、傳輸環(huán)境下的通信需求，是多數(shù)據(jù)鏈共存面臨的關(guān)鍵問題。不同于地面蜂窩無線通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)鏈技術(shù)通過終端直連實(shí)現(xiàn)通信，無基礎(chǔ)設(shè)施支持，因此目前數(shù)據(jù)鏈管理仍以云端指揮中心的預(yù)先規(guī)劃與遠(yuǎn)程集中控制為主。然而，終端通常距離指揮中心較遠(yuǎn)、通信環(huán)境差異性大且復(fù)雜多變，還面臨難以預(yù)知的干擾威脅，因而依賴于云端指揮中心的傳統(tǒng)集中式管控方式使數(shù)據(jù)鏈不僅時延高、接入效率低，還存在動態(tài)業(yè)務(wù)需求適變性差，復(fù)雜干擾環(huán)境下傳輸性能不佳等缺陷。

智能邊緣計算技術(shù)[3]具備解決上述缺陷的潛力，通過在數(shù)據(jù)鏈終端部署存儲和計算能力，使終端在本地自主實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)鏈的智能選擇與配置[4]，從而支撐靈活、動態(tài)的通信業(yè)務(wù)，無需將本地狀態(tài)信息與業(yè)務(wù)需求通過大時延回傳鏈路反饋至指揮中心云端并由云端作集中決策[5]，是提升數(shù)據(jù)鏈復(fù)雜應(yīng)用場景下通信適變性、連通性與時效性的有效解決方案。

為此，本文提出基于智能邊緣計算的數(shù)據(jù)鏈，研究了其體系架構(gòu)和核心原理，明確了其在傳輸機(jī)制、資源管理、接入方法等方面的關(guān)鍵技術(shù)，并對數(shù)據(jù)鏈的未來發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)進(jìn)行探討。

1 基于智能邊緣計算的數(shù)據(jù)鏈體系架構(gòu)

為了適配差異化的業(yè)務(wù)需求，終端需從多種數(shù)據(jù)鏈中智能選擇傳輸方式，以適應(yīng)業(yè)務(wù)場景與通信環(huán)境的動態(tài)變化，表1列舉了典型數(shù)據(jù)鏈型號的關(guān)鍵技術(shù)與性能參數(shù)。在基于智能邊緣計算的數(shù)據(jù)鏈體系架構(gòu)中，終端本地部署存儲與計算功能，形成智能數(shù)據(jù)鏈管控引擎，如圖1所示。

表1 典型數(shù)據(jù)鏈關(guān)鍵技術(shù)及參數(shù)

圖1 基于智能邊緣計算的數(shù)據(jù)鏈體系架構(gòu)Fig.1 System architecture of intelligent edge computing enabled data link

智能數(shù)據(jù)鏈管控引擎負(fù)責(zé)調(diào)度多種數(shù)據(jù)鏈資源并配置傳輸方案，包括數(shù)據(jù)鏈選擇、數(shù)據(jù)鏈配置、數(shù)據(jù)鏈重構(gòu)等功能。通過將底層數(shù)據(jù)鏈集合抽象為時域、頻域、空域等多維資源集，并收集業(yè)務(wù)場景(控制指揮、高速傳輸、時敏業(yè)務(wù)等)、通信環(huán)境(空-空、空-海等)與傳輸狀態(tài)(通信距離、移動速度)等上層需求信息，智能數(shù)據(jù)鏈管控引擎將底層資源集與上層需求進(jìn)行適配，并進(jìn)行終端本地的數(shù)據(jù)鏈智能調(diào)度與配置，包括主用鏈與備用鏈的型號選擇、數(shù)據(jù)鏈重構(gòu)決策、鏈路配置參數(shù)與切換觸發(fā)機(jī)制等。

智能數(shù)據(jù)鏈管控引擎可提供以下兩方面優(yōu)勢：一是針對分布式終端的互聯(lián)互通需求，通過選擇合理數(shù)據(jù)鏈傳輸機(jī)制，提高終端間傳輸鏈路的可用性，使不同區(qū)域、不同通信距離及移動速度的終端之間能夠基于通信環(huán)境與自身需求自適應(yīng)建鏈，保障連通性；二是通過智能數(shù)據(jù)鏈管控引擎對終端傳輸狀態(tài)與環(huán)境信息的本地處理及多數(shù)據(jù)鏈資源動態(tài)管理，增強(qiáng)復(fù)雜場景下的傳輸性能，無需依賴云端指揮中心高時延的回傳控制，克服傳統(tǒng)集中式靜態(tài)管理在適變性、時效性方面的不足。

為了實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)勢，需從傳輸機(jī)制、資源管理、接入方法三方面為基于智能邊緣計算的數(shù)據(jù)鏈提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

首先，在傳輸機(jī)制方面，如何選擇并配置最佳數(shù)據(jù)鏈傳輸模式適配業(yè)務(wù)場景、通信環(huán)境與傳輸狀態(tài)，是實(shí)現(xiàn)智能數(shù)據(jù)鏈的基礎(chǔ)與首要難題?？紤]到通信雙方距離較遠(yuǎn)，難以獲得實(shí)時且完美的信道反饋信息，因此數(shù)據(jù)鏈選擇缺乏豐富的先驗(yàn)知識，僅能依賴本地有限信息進(jìn)行自優(yōu)化選擇；此外，傳輸鏈路受距離、速度、角度等因素影響處于非平穩(wěn)變化中，適變傳輸機(jī)制的設(shè)計不僅需考慮性能適配問題，還應(yīng)避免反復(fù)跳變造成可用性下降。

其次，在資源管理方面，如何智能高效地利用數(shù)據(jù)鏈多維資源，增強(qiáng)未知干擾環(huán)境下的通信性能，是保障復(fù)雜環(huán)境下鏈路連通性與可用性的關(guān)鍵。傳統(tǒng)以時頻域?yàn)橹鞯拿た垢蓴_措施以犧牲數(shù)據(jù)鏈傳輸效率為代價提高可靠性，但新興干擾樣式向智能化、多維化發(fā)展，面向盲抗干擾的資源管理方式使數(shù)據(jù)鏈連通性、可用性面臨嚴(yán)峻威脅。未來復(fù)雜應(yīng)用場景要求數(shù)據(jù)鏈兼容高速率、高可靠性等多維性能，數(shù)據(jù)鏈時、頻、空等多維資源需智能調(diào)度，以提升惡劣環(huán)境下的傳輸能力，智能抵御復(fù)雜未知的干擾威脅。

最后，在接入方法方面，如何實(shí)現(xiàn)最佳數(shù)據(jù)鏈的快速機(jī)動可靠接入，是提升智能數(shù)據(jù)鏈時效性的必然要求。通信環(huán)境與業(yè)務(wù)需求隨終端高速移動瞬息萬變，傳統(tǒng)以時分多址(TDMA)為主的固定接入方式在機(jī)動性支持、入網(wǎng)時延與開銷方面均存在極大缺陷，而隨機(jī)接入方式在可靠性方面存在不足，因此，智能數(shù)據(jù)鏈接入方法需在可靠性保障的前提下支撐終端對最佳數(shù)據(jù)鏈的快速機(jī)動接入。

為此，本文提出了基于智能邊緣計算的多數(shù)據(jù)鏈適變傳輸、面向復(fù)雜環(huán)境的數(shù)據(jù)鏈資源管理、低時延高可靠機(jī)動接入三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于智能邊緣計算的多數(shù)據(jù)鏈適變傳輸技術(shù)

基于智能邊緣計算的多數(shù)據(jù)鏈適變傳輸技術(shù)如圖2所示。該技術(shù)利用終端本地的智能數(shù)據(jù)鏈管控引擎，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈傳輸與業(yè)務(wù)場景、通信環(huán)境、傳輸狀態(tài)的動態(tài)適配。為此，多數(shù)據(jù)鏈適變傳輸技術(shù)通過數(shù)據(jù)鏈資源映射、數(shù)據(jù)鏈粗選以及數(shù)據(jù)鏈細(xì)選3個步驟為數(shù)據(jù)鏈適配選擇提供支撐，同時設(shè)置鏈路自適應(yīng)傳輸、備用鏈切換傳輸和多數(shù)據(jù)鏈協(xié)同傳輸3種模式，應(yīng)對復(fù)雜應(yīng)用場景下因信道環(huán)境非理想且動態(tài)變化帶來的傳輸性能下降及反復(fù)重選跳變導(dǎo)致的鏈路中斷問題。

圖2 基于智能邊緣計算的多數(shù)據(jù)鏈適變傳輸Fig.2 Intelligent edge computing enabled multi-data link adaptive transmission

在資源映射階段，智能數(shù)據(jù)鏈管控引擎為數(shù)據(jù)鏈集合構(gòu)建抽象化的多維資源集，將多種數(shù)據(jù)鏈抽象表征為時頻域資源集、信息域資源集(可用波形)、空域資源集(可用天線發(fā)射方式)以及功率域資源集(可選發(fā)射功率)等。在數(shù)據(jù)鏈粗選階段，智能管控引擎基于數(shù)據(jù)鏈特征，對數(shù)據(jù)鏈業(yè)務(wù)屬性進(jìn)行標(biāo)記，以在典型業(yè)務(wù)場景下優(yōu)先選擇。如大容量數(shù)據(jù)鏈面向偵察業(yè)務(wù)場景，高可靠數(shù)據(jù)鏈面向指揮控制業(yè)務(wù)場景，低時延高機(jī)動數(shù)據(jù)鏈面向時敏業(yè)務(wù)場景。

基于粗選結(jié)果，智能管控引擎結(jié)合通信環(huán)境(空-空、空-海等)與傳輸狀態(tài)(傳輸距離、移動速度等)構(gòu)建綜合的多維性能優(yōu)化模型以進(jìn)一步得到細(xì)選結(jié)果下的可用數(shù)據(jù)鏈集合。

基于數(shù)據(jù)鏈細(xì)選結(jié)果，在電磁環(huán)境較為理想的應(yīng)用場景下，選擇最佳數(shù)據(jù)鏈即可達(dá)到預(yù)期性能。然而，復(fù)雜應(yīng)用場景下實(shí)際信道狀態(tài)可能非理想且處于動態(tài)變化，導(dǎo)致所選數(shù)據(jù)鏈實(shí)際性能較理想性能有差距，且不同數(shù)據(jù)鏈性能損失程度不均，難以對所有數(shù)據(jù)鏈實(shí)際性能進(jìn)行量化預(yù)估，增加了最佳數(shù)據(jù)鏈的選擇難度。

為了解決上述問題，緩解因信道狀態(tài)動態(tài)變化帶來的性能損失與反復(fù)重選跳變導(dǎo)致的鏈路中斷，引入鏈路自適應(yīng)傳輸、備用鏈切換傳輸和多數(shù)據(jù)鏈協(xié)同傳輸3種模式來提升多數(shù)據(jù)鏈適變傳輸?shù)目捎眯浴?種模式的切換方式如圖2所示，當(dāng)所選數(shù)據(jù)鏈性能下降，將優(yōu)先選擇不跳鏈的鏈路自適應(yīng)傳輸模式，該模式基于性能下降結(jié)果調(diào)整鏈路級配置參數(shù)，并將調(diào)整后傳輸性能與預(yù)期傳輸指標(biāo)進(jìn)行比較。當(dāng)鏈路最低速率無法滿足預(yù)期傳輸要求，將切換至備用鏈傳輸模式，同樣地，當(dāng)備用鏈性能下降，將優(yōu)先在備用鏈上啟用鏈路自適應(yīng)傳輸。當(dāng)鏈路自適應(yīng)傳輸模式與備用鏈切換模式均無法滿足預(yù)期傳輸要求時，啟用多數(shù)據(jù)鏈協(xié)同傳輸機(jī)制，通過多鏈并行傳輸實(shí)現(xiàn)性能提升。

2.2 面向復(fù)雜環(huán)境的數(shù)據(jù)鏈資源管理方法

面向復(fù)雜環(huán)境的數(shù)據(jù)鏈資源管理方法，旨在當(dāng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈集合無法滿足終端在復(fù)雜環(huán)境下的業(yè)務(wù)需求時，通過將多種數(shù)據(jù)鏈資源智能重構(gòu)，提升復(fù)雜環(huán)境下的傳輸性能。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈的抗干擾傳輸手段集中在時頻域的盲抗干擾，采用跳頻跳時、擴(kuò)頻等技術(shù)[6]，但抗干擾能力的提升以傳輸效率低下為代價。

隨著智能干擾機(jī)的發(fā)展，跳頻圖案一旦被跟蹤破解，數(shù)據(jù)鏈可靠性將面臨致命打擊。盡管業(yè)界已提出多種新興抗干擾技術(shù)，包括時頻域、空域、功率域、碼域、變換域以及多維度聯(lián)合的抗干擾措施，但復(fù)雜環(huán)境對數(shù)據(jù)鏈終端的干擾效果受終端移動性、干擾方位與距離等因素影響處于動態(tài)變化中，全維度綜合的抗干擾手段雖然帶來了高增益抗干擾性能，但某種程度上也造成了網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，影響信息傳輸效率。因此，當(dāng)基于盲抗干擾的資源管理方式在復(fù)雜環(huán)境下面臨性能瓶頸，智能數(shù)據(jù)鏈管控引擎需將時頻域、空域、功率域等多維傳輸資源整合重構(gòu)，智能抵御干擾威脅，實(shí)現(xiàn)抗干擾性能與傳輸性能、功率效率等方面的折衷。

該技術(shù)框架如圖3所示，包括歷史配置庫、配置決策模塊、可重構(gòu)數(shù)據(jù)鏈模塊與性能評估模塊。由于復(fù)雜環(huán)境下未知電磁信號混疊，實(shí)際場景中通常難以實(shí)時、準(zhǔn)確地獲取并分離出干擾特征，因而歷史配置庫主要存儲并更新歷史復(fù)雜電磁環(huán)境下不同配置方案對應(yīng)的傳輸性能結(jié)果，如多維傳輸資源在不同配置模式下的中斷概率、鏈路持續(xù)時間、平均傳輸速率等。該庫的初始化搭建可基于已有干擾樣式構(gòu)建復(fù)雜仿真場景，并在不同干擾仿真環(huán)境下對不同傳輸配置方式的理想性能、平均性能、最差性能進(jìn)行多方面測量評估。

配置決策模塊通過對歷史配置庫模塊的動態(tài)學(xué)習(xí)與積累，將性能評估模塊輸出的當(dāng)前未知電磁環(huán)境下惡化傳輸性能與歷史傳輸性能特征進(jìn)行匹配，提供對當(dāng)前未知電磁環(huán)境的數(shù)據(jù)鏈重構(gòu)傳輸決策方案，包括頻段、波形、功率、抗干擾措施等?？芍貥?gòu)數(shù)據(jù)鏈模塊主要涉及數(shù)據(jù)鏈傳輸配置重構(gòu)，包括資源分配與可編程波形的生成等。性能評估模塊對重構(gòu)后數(shù)據(jù)鏈的鏈路性能進(jìn)行測量評估，并將評估結(jié)果反饋給歷史配置庫模塊，以提升后續(xù)決策的效率與準(zhǔn)確性。

圖3 面向復(fù)雜環(huán)境的數(shù)據(jù)鏈資源管理方法Fig.3 Data link resource management methods for complex radio environments

2.3 低時延高可靠機(jī)動接入技術(shù)

終端移動性與機(jī)動性不斷增強(qiáng)，為支撐智能數(shù)據(jù)鏈高效傳輸，需快速可靠的靈活接入。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈采用固定分配的接入技術(shù)(如TDMA)[6]，終端僅能在預(yù)先分配好的資源中傳輸，不僅不支持機(jī)動接入，且時延高、難以滿足復(fù)雜業(yè)務(wù)場景下的數(shù)據(jù)快速交付要求；采用自組網(wǎng)技術(shù)的新型數(shù)據(jù)鏈雖然提升了終端入網(wǎng)機(jī)動能力，但新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)需通過接收鄰居節(jié)點(diǎn)周期性的入網(wǎng)報文、發(fā)送入網(wǎng)請求、完成身份驗(yàn)證與密鑰獲取、等待入網(wǎng)回復(fù)等一系列入網(wǎng)授權(quán)流程后才可開始數(shù)據(jù)傳輸，接入時延仍然較高。

現(xiàn)有隨機(jī)接入方法雖在接入時延與機(jī)動性方面均有優(yōu)勢，但其在信道負(fù)載較高時難以保證關(guān)鍵信息的可靠傳輸，因而也難以用于數(shù)據(jù)鏈技術(shù)。因此，如何在可靠性保障的前提下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈快速機(jī)動接入是智能數(shù)據(jù)鏈接入方法面臨的主要挑戰(zhàn)。

基于5G網(wǎng)絡(luò)超可靠低延遲通信(URLLC)[7]免授權(quán)接入的技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合基于統(tǒng)計優(yōu)先級的多址接入(Statistical Priority-based Multiple Access，SPMA) 協(xié)議[8]，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈接入方法在可靠性、時延與機(jī)動性方面的兼容。利用SPMA協(xié)議在機(jī)動性與可靠性保障方面的優(yōu)勢，能夠克服傳統(tǒng)基于固定分配接入機(jī)動性不足的問題；同時利用5G URLLC場景免授權(quán)接入機(jī)制在低時延方面的優(yōu)勢，能夠降低數(shù)據(jù)鏈接入授權(quán)中多次握手帶來的時延，減少入網(wǎng)開銷。

在免授權(quán)接入模式下，終端可在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到達(dá)時直接在預(yù)留的共享傳輸資源上傳輸，無需發(fā)起節(jié)點(diǎn)認(rèn)證請求，從而保證突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的快速交付?？紤]到不同終端的業(yè)務(wù)時敏性有差異，多個終端同時通過免授權(quán)接入方式在預(yù)留信道上傳輸時，可能會因信道沖突造成高時敏業(yè)務(wù)的終端無法接入的問題。

為此，借鑒SPMA協(xié)議思想，基于時間敏感程度預(yù)先為不同業(yè)務(wù)劃分優(yōu)先級，當(dāng)終端發(fā)起免授權(quán)接入時，需判斷當(dāng)前業(yè)務(wù)優(yōu)先級，結(jié)合信道負(fù)載感知信息自適應(yīng)決定當(dāng)前立即接入還是退避等待，以保證在預(yù)留傳輸資源有限的條件下優(yōu)先保障高優(yōu)先級終端的快速接入。此外，在同一數(shù)據(jù)鏈接入終端數(shù)量較少、預(yù)留的傳輸資源較為空閑的情況下，已接入終端可占用多個傳輸資源來傳輸多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包或多個數(shù)據(jù)包副本，充分利用數(shù)據(jù)鏈資源提升機(jī)動業(yè)務(wù)場景下的傳輸效率與可靠性。

3 挑戰(zhàn)與機(jī)遇

3.1 數(shù)據(jù)鏈性能分析理論

當(dāng)前數(shù)據(jù)鏈性能分析理論主要關(guān)注鏈路級抗干擾性能，圍繞具體干擾樣式對其誤碼率或同步時間等指標(biāo)展開建模，但復(fù)雜環(huán)境下干擾樣式混疊，傳統(tǒng)基于單一干擾樣式的單一性能指標(biāo)分析難以表征數(shù)據(jù)鏈在實(shí)際應(yīng)用場景下的綜合抗干擾能力，亟需建立面向多種干擾混疊場景的綜合抗干擾分析模型。

面向廣域高動態(tài)復(fù)雜場景的數(shù)據(jù)鏈傳輸性能分析理論尚不明確。數(shù)據(jù)鏈終端通常處于高速移動狀態(tài)，時空尺度大、信道特性差異明顯且呈現(xiàn)非平穩(wěn)特征，傳統(tǒng)基于廣義平穩(wěn)信道特征假設(shè)的地面網(wǎng)絡(luò)性能分析方法無法適用。已有一些研究針對高動態(tài)場景下非平穩(wěn)信道特性展開研究[9]，但這些信道特性對數(shù)據(jù)鏈傳輸容量、時延、最大通信范圍等性能的影響及規(guī)律尚不明確，因此，亟需展開廣域高動態(tài)復(fù)雜場景下的數(shù)據(jù)鏈性能分析研究。

3.2 大容量遠(yuǎn)距離傳輸

隨著跨域通信需求不斷升級與傳輸數(shù)據(jù)量不斷增加，吉比特級大容量遠(yuǎn)距離傳輸將是未來數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的必然要求。盡管蜂窩無線通信網(wǎng)絡(luò)在提升容量方面已有較多成熟技術(shù)，但由于數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用場景特殊性，現(xiàn)有技術(shù)難以直接遷移應(yīng)用。

從增加頻譜帶寬的角度講，毫米波、太赫茲等高頻段技術(shù)極具優(yōu)勢，但高頻段電磁波大氣吸收損耗效應(yīng)明顯[10]，如何使數(shù)據(jù)鏈在透云、霧、雨的傳輸環(huán)境下，同時保證吞吐量與鏈路范圍是數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用場景下大容量遠(yuǎn)距離傳輸面臨的首要難題。

從提升頻譜效率角度講，B5G/6G提出了超大規(guī)模MIMO、軌道角動量、高階調(diào)制等先進(jìn)技術(shù)，但數(shù)據(jù)鏈終端載荷與信號處理能力有限，需克服天線陣列載荷、波束跟蹤與對準(zhǔn)、多數(shù)據(jù)流高速并行處理及高階解調(diào)門限的信號功率等一系列問題。

3.3 高速高機(jī)動通信增強(qiáng)

隨著高速高機(jī)動平臺向信息化、智能化發(fā)展，面向高速高機(jī)動通信增強(qiáng)的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)面臨諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：

首先是速度快、機(jī)動性強(qiáng)、建鏈難，高速高機(jī)動場景下信道環(huán)境變化劇烈，多普勒頻移、多普勒變化率以及多普勒二階變化率均更為明顯，信號捕獲建鏈與穩(wěn)定傳輸難。此外，超高速移動狀態(tài)下與空氣的強(qiáng)沖擊摩擦將形成局部等離子鞘套，對信號衰落影響劇烈[11]，如何克服超高速移動對傳輸鏈路帶來的影響，提升高機(jī)動高速移動場景下的傳輸性能是超高速高機(jī)動終端通信面臨的首要難題。

其次是工作環(huán)境電磁攻擊強(qiáng)烈。由于終端業(yè)務(wù)場景特殊性，其面臨的惡意電磁干擾將會更強(qiáng)烈，因而對數(shù)據(jù)鏈技術(shù)提出了更強(qiáng)抗干擾、抗截獲與抗毀傷能力要求。

最后是距離遠(yuǎn)、航時長。為了保證全時段回傳通信不間斷，終端所搭載的回傳數(shù)據(jù)鏈需具備與衛(wèi)星及其他中繼平臺的實(shí)時高動態(tài)組網(wǎng)能力，不僅需建立超視距超遠(yuǎn)距鏈路，還需具備超低時延的越區(qū)切換能力。

3.4 大規(guī)?？焖佼惒浇尤?/h3>

隨著數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用場景由點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)傳輸擴(kuò)展至協(xié)同組網(wǎng)傳輸，當(dāng)前基于固定分配的多址接入方式在接入效率、靈活性、網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)、資源利用率等方面均存在較大缺陷，難以滿足未來協(xié)同組網(wǎng)傳輸?shù)拇笠?guī)模接入要求。

因衛(wèi)星系統(tǒng)固有的脆弱性，傳統(tǒng)基于衛(wèi)星系統(tǒng)的授時業(yè)務(wù)極易失效，導(dǎo)致入網(wǎng)終端時鐘不一致；加之終端分布較為分散、傳播時延不確定、信道環(huán)境差異性大，接入同一數(shù)據(jù)鏈的終端難以保證嚴(yán)格的時隙同步。傳統(tǒng)同步方案通常需引入額外信令開銷作信道反饋，然而考慮到廣域高動態(tài)場景下信道不穩(wěn)定、傳播時延高且異步節(jié)點(diǎn)多，這一方案已不再適用。因此，異步接入才是更為實(shí)際高效的選擇，亟需提出面向大規(guī)模終端的快速異步接入機(jī)制。

3.5 安全性

海量異構(gòu)終端的隨遇連接不僅增加了數(shù)據(jù)鏈被攻擊的風(fēng)險，也對可信終端的身份認(rèn)證、接入控制提出了更高的要求，如何設(shè)計完善且精簡的身份認(rèn)證增強(qiáng)協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)鏈終端快速入網(wǎng)同時，避免惡意身份偽造、可信用戶接入受阻等攻擊，是支撐終端大規(guī)模接入的重要前提。

多鏈協(xié)同網(wǎng)絡(luò)管理與運(yùn)行依賴于自主感知與信息協(xié)同，如何保證感知信息的真實(shí)性、提升共享信息的抗篡改與抗偽造性，對減少安全風(fēng)險或失誤至關(guān)重要。

最后，如何建立數(shù)據(jù)鏈內(nèi)生、終端內(nèi)生的安全感知能力與應(yīng)變能力，構(gòu)建主動、智能的安全保護(hù)機(jī)制，是確保數(shù)據(jù)鏈技術(shù)能夠順利發(fā)展與應(yīng)用的關(guān)鍵性挑戰(zhàn)。

4 結(jié)論

本文針對傳統(tǒng)集中式數(shù)據(jù)鏈管控方式效率低、適變性差、時效性不足等問題，提出了基于智能邊緣計算的數(shù)據(jù)鏈，闡述了其體系架構(gòu)和核心原理，研究了關(guān)鍵賦能技術(shù)，探討了數(shù)據(jù)鏈技術(shù)在理論分析、大容量遠(yuǎn)距傳輸、高速高機(jī)動通信增強(qiáng)、大規(guī)?？焖佼惒浇尤胍约鞍踩缘确矫娴奶魬?zhàn)，希望為后續(xù)研究提供參考，并推動數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。