面向低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)綜述

蔣瑞紅，馮一哲，孫耀華，鄭海娜

面向低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)綜述

蔣瑞紅1，馮一哲1，孫耀華1，鄭海娜2

（1. 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 100876；2. 華為技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518129）

隨著信息通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人類對于擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和降低通信時(shí)延的要求越來越高。低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是一種利用軌道高度較低的衛(wèi)星構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)體系，具有覆蓋范圍廣、通信時(shí)延低等優(yōu)勢?；诖?，首先概述了低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及其組網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)，進(jìn)一步闡述了低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)及建議，最后結(jié)合分布式、博弈論和人工智能等方法，對潛在可行的低軌衛(wèi)星組網(wǎng)方案進(jìn)行了探討。

低軌衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)；人工智能；博弈論；6G空間互聯(lián)網(wǎng)

0 引言

衛(wèi)星通信的概念最早可追溯到英國物理學(xué)家亞瑟·查爾斯·克拉克（Arthur Charles Clarke）1945年發(fā)表在《無線電世界》雜志上的文章“（地球外的中繼）”，設(shè)想將部署在地球同步軌道上的人造地球衛(wèi)星作為中繼進(jìn)行通信，并在20世紀(jì)60年代成為現(xiàn)實(shí)。時(shí)至今日，衛(wèi)星通信的覆蓋范圍廣、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸容量大、靈活性強(qiáng)、擴(kuò)展性好、不受地面自然環(huán)境災(zāi)害影響等優(yōu)勢[1]，使衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界熱議的話題，且與6G技術(shù)相結(jié)合推動了衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

目前衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)主要由3類軌道衛(wèi)星組成，衛(wèi)星軌道示意圖如圖1所示[2]。根據(jù)飛行高度，從高到低分別是地球靜止軌道（geostationary earth orbit，GEO）衛(wèi)星、中地球軌道（medium earth orbit，MEO）衛(wèi)星和低地球軌道（low earth oribit，LEO）衛(wèi)星（以下簡稱低軌衛(wèi)星），其中低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通常由多顆低軌衛(wèi)星協(xié)同工作進(jìn)行組網(wǎng)，數(shù)量從數(shù)十顆到數(shù)萬顆不等，其軌道高度通常在500～2000km，可實(shí)現(xiàn)全球無死角覆蓋，能夠?yàn)榛哪⒏瓯?、森林、高山、海洋等網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)提供通信服務(wù)。相對于高軌衛(wèi)星，低軌衛(wèi)星具有時(shí)延小、傳輸損耗小、速率高、成本低等特點(diǎn)，被認(rèn)為是提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍及通信效率的重要手段。

圖1 衛(wèi)星軌道示意圖[2]

在未來6G空間互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景[3]。首先，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可為全球用戶提供連續(xù)通信服務(wù)。由于部分地區(qū)的地理位置偏遠(yuǎn)、地理環(huán)境特殊，傳統(tǒng)的通信方式難以實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋。低軌衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)可以通過低軌衛(wèi)星全面覆蓋全球區(qū)域，為全球用戶提供連續(xù)的通信服務(wù)。其次，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可為海量物聯(lián)終端提供廣域泛在接入服務(wù)。低軌衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)可以將較多數(shù)量的采用高頻段的低軌衛(wèi)星進(jìn)行組網(wǎng)，大大提高網(wǎng)絡(luò)容量，更易于對海量物聯(lián)終端提供網(wǎng)絡(luò)連接支持與服務(wù)。另外，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)還可為軍事通信提供服務(wù)，保障軍事通信信息的安全性需要加密技術(shù)和其他安全措施，低軌衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)可以滿足該要求，為軍事通信提供安全可靠的通信服務(wù)。

近年來，衛(wèi)星通信技術(shù)迅猛發(fā)展，衛(wèi)星組網(wǎng)融入地面網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸成為可能，在應(yīng)急搜救、無人區(qū)廣域覆蓋、智能船舶、海洋牧場、智能航運(yùn)和海事監(jiān)測及國防等業(yè)務(wù)應(yīng)用上發(fā)揮著重要作用。同時(shí)，6G技術(shù)也將以低軌衛(wèi)星為發(fā)展契機(jī)，開拓新的研究領(lǐng)域，獲取更多的智能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全球互聯(lián)、智能網(wǎng)絡(luò)等功能。因此，對于低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的探究已經(jīng)成為國內(nèi)外重點(diǎn)研究趨勢之一。

1 低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著航天和空間信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與5G/6G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能（artificial intelligence，AI）等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)廣域范圍內(nèi)的無縫覆蓋。在此愿景下，建設(shè)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)逐漸上升為國家戰(zhàn)略，且呈現(xiàn)出越來越激烈的國際競爭態(tài)勢。

1.1 國際現(xiàn)狀

1991年美國摩托羅拉子公司銥星推出“銥星計(jì)劃”，計(jì)劃部署66顆低軌衛(wèi)星為地面提供通信服務(wù)。1998年，“銥星計(jì)劃”正式運(yùn)行，但因當(dāng)時(shí)設(shè)備和通信價(jià)格比較昂貴，在與2G網(wǎng)絡(luò)的競爭中落敗。到2016年，銥星公司提出基于衛(wèi)星授時(shí)與定位的導(dǎo)航服務(wù)技術(shù)，證明低軌衛(wèi)星可作為全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）的替代方案，引發(fā)全球關(guān)注。2019年，美國發(fā)射部署了新一代銥星系統(tǒng)，除了通信業(yè)務(wù)外，該系統(tǒng)還可輔助GPS實(shí)現(xiàn)室內(nèi)和峽谷地區(qū)的定位導(dǎo)航[4]。

目前美國已形成由太空探索公司、Astra、亞馬遜、波音公司等為主要核心成員的強(qiáng)大的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)展團(tuán)隊(duì)。2015年，特斯拉旗下太空公司SpaceX的首席執(zhí)行官伊隆·馬斯克推出“星鏈（Starlink）”計(jì)劃，預(yù)計(jì)總發(fā)射低軌衛(wèi)星數(shù)量達(dá)4.2萬顆，以提供覆蓋全球的高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。2021年，火箭制造商Astra計(jì)劃部署1.3萬顆低軌衛(wèi)星組成星座，支持通信、環(huán)境和自然資源應(yīng)用，以及國家安全業(yè)務(wù)。同時(shí)，美國聯(lián)邦通信委員會（Federal Communications Commission，F(xiàn)CC）宣布批準(zhǔn)波音公司發(fā)射和運(yùn)營147顆低軌衛(wèi)星，為用戶提供高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。2022年，亞馬遜（Amazon）公司推出的“柯伊伯項(xiàng)目（Project Kuiper）”計(jì)劃，將部署3236顆低軌衛(wèi)星組成太空衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，為全球提供高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)[5]。

英國/印度太空互聯(lián)網(wǎng)公司OneWeb，目前擁有世界第二大規(guī)模的衛(wèi)星星座，在軌衛(wèi)星數(shù)量已達(dá)540顆，僅次于SpaceX的Starlink。另外，OneWeb還預(yù)計(jì)發(fā)射32.7萬顆小型衛(wèi)星，數(shù)量達(dá)到之最。加拿大通信公司Telesat在2016年宣布推出Lightspeed計(jì)劃，預(yù)計(jì)發(fā)射1671顆低軌衛(wèi)星，提供全球網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[6]。歐洲航天局（European Space Agency）計(jì)劃進(jìn)一步開展對低軌導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行在軌演示，補(bǔ)充伽利略（Galileo）系統(tǒng)。位于盧森堡的LeoSat公司推出LeoSat星座，利用激光通信的方式部署108顆低軌衛(wèi)星，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)，鏈路速率最大能達(dá)10Gbit/s。俄羅斯SPUTNIX公司計(jì)劃在2025年完成部署約200顆低軌衛(wèi)星。俄羅斯航天國家集團(tuán)的“球體（Sfera/Sphere）”的多功能衛(wèi)星星座項(xiàng)目，計(jì)劃在17個(gè)軌道上發(fā)射640顆多用途衛(wèi)星，其中包含一個(gè)由288顆衛(wèi)星構(gòu)成的低軌通信星座。澳大利亞Fleet（全稱Fleet Space Technologies）公司計(jì)劃發(fā)射100顆納米衛(wèi)星，主要服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)。2021年6月韓國政府表示在10年內(nèi)建設(shè)100顆微小衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座，早期三星公司還制定了由4600顆微小衛(wèi)星組成的互聯(lián)網(wǎng)星座藍(lán)圖。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

我國“十四五”規(guī)劃和“2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)”綱要明確提出要建設(shè)高速泛在、天地一體、集成互聯(lián)、安全高效的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。為此，中國航天科技集團(tuán)有限公司和中國航天科工集團(tuán)有限公司分別制定了面向低軌衛(wèi)星組網(wǎng)的“鴻雁星座”和“虹云工程”計(jì)劃，其中“鴻雁星座”由300顆低軌道衛(wèi)星及全球數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理中心組成，“虹云工程”由156顆低軌衛(wèi)星構(gòu)成[7]。

北京國電高科科技有限公司打造和運(yùn)營我國首個(gè)低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座，即“天啟星座”，計(jì)劃部署38顆低軌衛(wèi)星。航天行云科技有限公司推出“行云系統(tǒng)”，預(yù)計(jì)發(fā)射80顆低軌道小衛(wèi)星，建設(shè)一個(gè)覆蓋全球的天基物聯(lián)網(wǎng)。電子科技大學(xué)參與研制的“TFSTAR號”衛(wèi)星搭載了AI處理載荷，助力了星載能力的提升。中國科學(xué)院軟件研究所啟動的基于軟件定義衛(wèi)星技術(shù)的“天智工程”，可用于低軌互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。我國還有民營企業(yè)推動的“銀河Galaxy”計(jì)劃，預(yù)計(jì)共發(fā)射2 800顆低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，如銀河航天集團(tuán)（1000顆）、北京九天微星科技發(fā)展有限公司（800顆）、北京星網(wǎng)宇達(dá)科技股份有限公司（30顆）、上海歐科微航天科技有限公司（40顆）等。

另外，2021年4月28日，中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司（簡稱中國星網(wǎng)或星網(wǎng)）正式揭牌，成為中國第5家電信運(yùn)營商，專注于衛(wèi)星通信，開啟了我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新征程。

2 低軌衛(wèi)星組網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

與其他衛(wèi)星相比，低軌衛(wèi)星具有體積小、發(fā)射成本低、技術(shù)更新快、可全球覆蓋等特性，能夠提高與地面終端直接通信的能力，在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的時(shí)代，擁有廣闊的發(fā)展前景。與此同時(shí)，低軌衛(wèi)星在實(shí)現(xiàn)星間組網(wǎng)或星地組網(wǎng)等方面也面臨諸多問題和挑戰(zhàn)。

2.1 低軌衛(wèi)星組網(wǎng)概念

低軌衛(wèi)星組網(wǎng)是一種利用運(yùn)行軌道高度較低的衛(wèi)星建立的網(wǎng)絡(luò)體系?；诮M網(wǎng)體制，低軌衛(wèi)星既可通過星間鏈路進(jìn)行組網(wǎng)，也可同高軌衛(wèi)星混合組網(wǎng)，均可形成多層空間網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)通信組網(wǎng)方式，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可劃分為3類，即無星間鏈路衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、有星間鏈路衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和動態(tài)星間鏈路的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)[8]。其中，無星間鏈路的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星之間不存在星間鏈路，通過彎管的方式連接，基于地面設(shè)施進(jìn)行組網(wǎng)，如全球星（Globalstar）系統(tǒng)。有星間鏈路的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星之間通過星間鏈路進(jìn)行連接且連接方式固定，不進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，可依托自身鏈路進(jìn)行組網(wǎng)，如銥星系統(tǒng)。動態(tài)星間鏈路衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星之間的連接方式不固定，會隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)的變化而不斷變化，如美國F6計(jì)劃衛(wèi)星系統(tǒng)；其類似于地面的移動自組織網(wǎng)絡(luò)，故也稱空間移動自組網(wǎng)。

2.2 低軌衛(wèi)星組網(wǎng)特點(diǎn)

低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是通過發(fā)射一定規(guī)模的衛(wèi)星進(jìn)行組網(wǎng)構(gòu)建具備實(shí)時(shí)信號處理的空間通信系統(tǒng)，是一種能夠向地面及空中終端提供接入等通信服務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)，主要包括以下幾個(gè)特點(diǎn)[9]。

?網(wǎng)絡(luò)可靠性高且靈活：低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星數(shù)量相對較多，組網(wǎng)方式相對靈活，單顆衛(wèi)星發(fā)生故障后易進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換，且不受自然災(zāi)害的影響，大部分時(shí)間內(nèi)低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可提供穩(wěn)定且可靠的通信服務(wù)。

?時(shí)延低：低軌衛(wèi)星通信鏈路均為視距通信，傳輸時(shí)延和路徑損耗相對較小且穩(wěn)定，能夠支持視頻通話、網(wǎng)絡(luò)直播、在線游戲等實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用。

?容量大：低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星數(shù)量相對較多且通常采用Ka/V頻段或更高頻段，可實(shí)現(xiàn)超過500Mbit/s大容量通信，且支持海量終端接入的需求。

?地面網(wǎng)絡(luò)依賴性弱：低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星上處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可通過星間鏈路提供全球通信服務(wù)，而不需要全球部署地面信關(guān)站，擺脫對地面基礎(chǔ)設(shè)施的依賴。

?多種技術(shù)協(xié)同發(fā)展：多種相關(guān)技術(shù)協(xié)同應(yīng)用，如點(diǎn)波束、多址接入、頻率復(fù)用等技術(shù)，可緩解低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中存在的頻率資源緊張等問題。

?可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋：多顆衛(wèi)星協(xié)同組網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，不受地域限制，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到遠(yuǎn)洋、沙漠等信息盲區(qū)。

?網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化：低軌衛(wèi)星周期性運(yùn)轉(zhuǎn)，具有高動態(tài)性，易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)路由也隨之不斷變化。此外，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的高動態(tài)性易引起星間通信鏈路的中斷，致使業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸中斷，無法保障終端用戶的服務(wù)質(zhì)量。

?流量分布不均勻：終端用戶分布不均勻，導(dǎo)致衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的流量也具有不均勻性。例如，人口密集的城市區(qū)域，需要傳輸?shù)牧髁枯^大；人口稀疏的偏遠(yuǎn)地區(qū)，需要傳輸?shù)牧髁枯^少；海洋和沙漠地區(qū)幾乎不產(chǎn)生流量。當(dāng)某區(qū)域?qū)πl(wèi)星的任務(wù)請求量較大時(shí)，某些流量增加將會引起服務(wù)阻塞。

?衛(wèi)星切換頻繁：當(dāng)衛(wèi)星遠(yuǎn)離時(shí)，終端用戶需要與當(dāng)前衛(wèi)星斷開連接，切換到另一顆靠近的衛(wèi)星進(jìn)行連接通信。若不能及時(shí)進(jìn)行切換操作，則無法滿足一些對及時(shí)性要求比較高的業(yè)務(wù)需求。

?多徑傳輸效應(yīng)：在低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，星地之間和星星之間通常存在多條通信路徑，需要根據(jù)自身的需求（如服務(wù)質(zhì)量需求）進(jìn)行選擇，以保障網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。

?通信鏈路穩(wěn)定性差：在低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，低軌衛(wèi)星的星地和星間鏈路都是頻繁切換的，鏈路本身是不穩(wěn)定的，需要利用合適的移動性管理技術(shù)才能保證通信服務(wù)的穩(wěn)定性。

?多普勒頻移明顯：低軌衛(wèi)星動態(tài)性強(qiáng)，通信信號在傳送過程中的多普勒頻移較大，需要對頻偏進(jìn)行估計(jì)并補(bǔ)償才能實(shí)現(xiàn)通信信號的可靠接收。

2.3 低軌衛(wèi)星組網(wǎng)挑戰(zhàn)

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為地面網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，可提供全球的泛在接入服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)未來6G的全域無縫覆蓋愿景的必經(jīng)之路，也是實(shí)現(xiàn)空天地海一體化戰(zhàn)略的重要手段。然而目前衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展還未成熟，與地面網(wǎng)絡(luò)在成本、容量和利用率等方面存在較大差距，面臨諸多問題，這也是衛(wèi)星組網(wǎng)亟待解決和建設(shè)的重要部分[11]。

目前，低軌衛(wèi)星組網(wǎng)面臨的主要挑戰(zhàn)包括以下幾個(gè)方面。

目前，我國所開發(fā)利用的鉬資源一般來自單一鉬礦石類型、銅鉬礦石類型和鎢鉬礦石類型等。從以鐵為主的鐵鉬型礦石中回收鉬的生產(chǎn)實(shí)踐尚不多見。本技術(shù)為從鐵鉬型礦石中回收鉬提供了一條切實(shí)可行的技術(shù)路線，對處理同類型性質(zhì)礦石具有很大的借鑒價(jià)值，具有較好的推廣前景。

（1）衛(wèi)星高動態(tài)性

低軌衛(wèi)星高速移動，導(dǎo)致衛(wèi)星與地面終端的鏈路切換相對頻繁，信號時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，將對衛(wèi)星和地面終端位置管理及切換策略的設(shè)計(jì)帶來巨大挑戰(zhàn)?？刹捎眯l(wèi)星定位技術(shù)、空間分集技術(shù)等減少時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性。

（2）星上資源有限

衛(wèi)星星載設(shè)備不同于地面網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在功率、質(zhì)量、尺寸方面存在嚴(yán)格的限制，導(dǎo)致其運(yùn)算及存儲能力均有一定的局限性。因此，星間路由及存儲能力等的設(shè)計(jì)面臨極簡且能滿足需求的嚴(yán)苛要求的挑戰(zhàn)?？赏ㄟ^增加系統(tǒng)容量如多波束技術(shù)和高通量有效載荷、有效的資源管理（如高效的算法和編碼技術(shù)）、優(yōu)化地面基礎(chǔ)設(shè)施等改善星上資源的有限性。

（3）空間頻譜資源有限

現(xiàn)存頻譜資源逐漸無法滿足日益增高的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)需要向更高頻段開發(fā)利用，合理分配頻譜?？刹捎妙l譜分配技術(shù)、調(diào)制解調(diào)技術(shù)等合理利用頻譜資源。

（4）數(shù)據(jù)安全性

低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)異構(gòu)混合的空間網(wǎng)絡(luò)，其安全性需要得到保障，包括網(wǎng)絡(luò)的魯棒性、可擴(kuò)展性、信息安全等方面。同時(shí)，星間和星地鏈路的傳輸損耗、陰影衰落以及衛(wèi)星高速移動引起的多普勒效應(yīng)，也會對通信系統(tǒng)的可靠性帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?？刹捎脭?shù)據(jù)加密技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等保護(hù)數(shù)據(jù)安全。

（5）信號衰落

在低軌衛(wèi)星環(huán)境下，信號需要穿過多個(gè)不同的媒介，會造成多徑衰落。同時(shí)，低軌衛(wèi)星的軌道高度相對較低，難以避免地球表面干擾。可采用多徑信道估計(jì)技術(shù)、多輸入多輸出（multiple-input multiple-output，MIMO）技術(shù)等減少多徑衰落的影響，采用干擾消除技術(shù)、信號加強(qiáng)技術(shù)等提高信號質(zhì)量。

（6）應(yīng)用場景可擴(kuò)展性

擴(kuò)展現(xiàn)有的應(yīng)用場景也是低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)展目標(biāo)之一，包括災(zāi)害預(yù)警、生態(tài)保護(hù)、應(yīng)急通信、偵察探測等多方面?？砷_發(fā)新的衛(wèi)星技術(shù)及應(yīng)用、改進(jìn)星地之間的通信技術(shù)、增加衛(wèi)星數(shù)量等有效擴(kuò)展低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景。

3 低軌衛(wèi)星組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

低軌衛(wèi)星若不進(jìn)行組網(wǎng)，僅依靠地面網(wǎng)絡(luò)中繼信息，則需要大規(guī)模地建設(shè)地面網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)起來極其困難且成本較高，因此，研究低軌衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)尤其必要。

3.1 體系架構(gòu)

典型的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)如圖2所示，一般包括空間段、地面段和用戶段[12]。

圖2 低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

?空間段，即衛(wèi)星星座，由多顆低軌衛(wèi)星和星間鏈路構(gòu)成，當(dāng)衛(wèi)星采用透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)時(shí)，不存在星間鏈路。衛(wèi)星在空間中一般均勻?qū)ΨQ分布或者多層混合分布，不同軌道多角度交錯實(shí)現(xiàn)低軌衛(wèi)星的全球組網(wǎng)，以保障全球范圍內(nèi)無論何時(shí)何地至少有一顆低軌衛(wèi)星提供覆蓋接入服務(wù)。

?用戶段，由接入網(wǎng)及接入終端組成，包括綜合信息服務(wù)平臺、業(yè)務(wù)支撐平臺和各類終端設(shè)備（如車載、艦載、機(jī)載、手機(jī)等）等。通過星間鏈路與星上處理轉(zhuǎn)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)和數(shù)據(jù)交換。

?地面段，通常由信關(guān)站、測控站、綜合網(wǎng)管中心、衛(wèi)星控制中心、移動通信網(wǎng)及地面業(yè)務(wù)支撐網(wǎng)組成，主要實(shí)現(xiàn)對空間段的監(jiān)測與管理、連接衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)到地面核心網(wǎng)，以及用戶管理等功能。

從圖2可以看到，由空間段、用戶段和地面段3個(gè)部分的協(xié)同工作才構(gòu)成完整的空間低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，這也是低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。其中，空間段利用衛(wèi)星之間的無線技術(shù)等互相作用實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，可以提高系統(tǒng)容量和覆蓋能力，并可通過不同的組網(wǎng)方案實(shí)現(xiàn)對頻譜資源的最優(yōu)利用；用戶段是按照用戶需求和服務(wù)需求進(jìn)行組網(wǎng)，可根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，更加靈活地適應(yīng)用戶需求，以提供快速、高效的服務(wù)；地面段通過地面的設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的組件進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的支持和管理，有效地完成衛(wèi)星通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、處理和傳輸。在未來6G空間互聯(lián)網(wǎng)中，將多顆低軌衛(wèi)星組網(wǎng)為數(shù)據(jù)通信提供服務(wù)以及星地融合組網(wǎng)已成為未來發(fā)展趨勢，合理的低軌衛(wèi)星組網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋全球各個(gè)角落。然而低軌衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)涉及諸多方面，如星地網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)、星間路由協(xié)議、星地鏈路切換、地面網(wǎng)關(guān)路由設(shè)計(jì)等，下面將對相關(guān)組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行闡述。

3.2 移動切換技術(shù)

在低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星是終端用戶接入的端口。低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)區(qū)域通常由配置的特定天線波束所決定，但低軌衛(wèi)星的高速運(yùn)轉(zhuǎn)將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓邉討B(tài)變化，星地之間和衛(wèi)星之間鏈路產(chǎn)生頻繁的切換。例如，由于低軌衛(wèi)星周期性的飛行移動，終端用戶需要隨著衛(wèi)星移動頻繁地切換到新的鏈路上，即發(fā)生星內(nèi)切換；當(dāng)衛(wèi)星逐漸遠(yuǎn)離終端用戶時(shí)，終端用戶需要切換到另一個(gè)新的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，即發(fā)生星間切換；當(dāng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，在同一衛(wèi)星波束間或不同衛(wèi)星波束間，需要重新分配無線信道進(jìn)行切換以避免干擾，即波束間切換。若網(wǎng)絡(luò)中所有終端用戶頻繁切換（如組切換），將會給整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)帶來大量的信令開銷并顯著增加切換過程沖突的概率，信號延遲和切換成本也會大大增加，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性及用戶的服務(wù)體驗(yàn)[13]。因此，綜合考慮低軌衛(wèi)星移動速度快、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化等因素，尋找一種新穎的移動切換方法以簡化切換操作、提高切換可靠性是低軌衛(wèi)星組網(wǎng)的重要研究方向之一。

未來，隨著更多的低軌衛(wèi)星的高速移動，終端用戶的切換請求和擁塞將變得更加嚴(yán)峻。為此，終端用戶可考慮應(yīng)用長期效益的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法，無須提前了解動態(tài)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化，并可做出合理的切換決策，從而使衛(wèi)星可以較早地配置信令信息以實(shí)現(xiàn)快速切換，也就是說，結(jié)合組切換和機(jī)器學(xué)習(xí)方法的優(yōu)勢，能夠使切換策略更適應(yīng)高動態(tài)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境并具有更強(qiáng)的魯棒性[14]。另外，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)出發(fā)，進(jìn)行合理有效的組網(wǎng)，可簡化切換過程。

3.3 組網(wǎng)交換技術(shù)

空間衛(wèi)星高效組網(wǎng)是未來低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然。為了保障星間連通性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收及解析，并快速完成數(shù)據(jù)的尋址與分發(fā)，動態(tài)組網(wǎng)交換技術(shù)的研究顯得尤其重要[15]，主要有以下幾種技術(shù)。

?低時(shí)延組網(wǎng)路由與抗毀重構(gòu)技術(shù)：目前低軌衛(wèi)星規(guī)模不斷擴(kuò)大，已無法僅依靠地面站對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。需要充分利用星上資源構(gòu)建一個(gè)低時(shí)延且靈活分布的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的自管理。當(dāng)某顆衛(wèi)星或者鏈路受損時(shí)，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備動態(tài)組網(wǎng)及重構(gòu)能力，以保障網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

?激光星間鏈路技術(shù)：與射頻方式相比，激光星間鏈路具有低成本、低功耗、大容量、高可靠、抗干擾等優(yōu)勢，已成為未來低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)配。其能夠促進(jìn)星間信息的交互，可為實(shí)現(xiàn)星座智能協(xié)同、分布式計(jì)算奠定一定的基礎(chǔ)。

?星間組網(wǎng)協(xié)議及互操作技術(shù)：為實(shí)現(xiàn)未來空間網(wǎng)絡(luò)的快速響應(yīng)及協(xié)同，貫通各類衛(wèi)星的大規(guī)?；ヂ?lián)互通，互操作技術(shù)十分必要，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)及部署是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)的關(guān)鍵問題。

3.4 路由組網(wǎng)技術(shù)

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)主要是基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)自身特性，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，研究設(shè)計(jì)穩(wěn)定且高效的路由算法及協(xié)議，以提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸路徑。目前低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)一般由多顆衛(wèi)星構(gòu)成，每顆衛(wèi)星均具備星上處理數(shù)據(jù)的能力，如星上存儲、路由、計(jì)算等[16]。為了提高低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源的利用率及路由效率，需要設(shè)計(jì)能夠從多條傳輸路徑中選擇較優(yōu)路徑的路由算法。常見的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由算法有地面網(wǎng)絡(luò)動態(tài)路由改進(jìn)算法、基于虛擬拓?fù)洳呗月酚伤惴ê突谔摂M節(jié)點(diǎn)策略路由算法等。

隨著低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，衛(wèi)星路由技術(shù)日趨成熟。然而日常通信業(yè)務(wù)的需求愈加繁雜且增多，對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的要求也大幅提高，這將給衛(wèi)星路由組網(wǎng)技術(shù)帶來諸多問題與挑戰(zhàn)。因此，低軌衛(wèi)星組網(wǎng)路由關(guān)鍵技術(shù)還需要解決以下難題。

?抗毀且魯棒的衛(wèi)星路由設(shè)計(jì)：在低軌衛(wèi)星復(fù)雜的空間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，除了衛(wèi)星自身硬件受損或自然現(xiàn)象造成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障外，還存在軍事物理打擊等威脅。如何保證在節(jié)點(diǎn)受損或出現(xiàn)故障衛(wèi)星路由的有效性，是未來衛(wèi)星路由技術(shù)研究的關(guān)鍵內(nèi)容。

?承載繁雜業(yè)務(wù)類型的衛(wèi)星路由設(shè)計(jì)：現(xiàn)階段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)服務(wù)大多以語音、數(shù)據(jù)和導(dǎo)航為主，然而隨著用戶需求的持續(xù)提升，未來衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將會承載更加繁多的業(yè)務(wù)。如何有效地利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源為不同業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的服務(wù)，將是未來衛(wèi)星路由技術(shù)的重要挑戰(zhàn)之一。

?動靜結(jié)合的衛(wèi)星路由設(shè)計(jì)：如今衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)主要是靜態(tài)模式，研究動態(tài)路由尚少。在未來低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星數(shù)量將日漸增多、網(wǎng)絡(luò)資源將愈發(fā)豐富、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟矊⒏鼮閺?fù)雜，導(dǎo)致應(yīng)用靜態(tài)路由技術(shù)的代價(jià)也越大。設(shè)計(jì)一套適用于未來空間動態(tài)環(huán)境的衛(wèi)星自適應(yīng)動態(tài)路由或者動靜結(jié)合的衛(wèi)星路由組網(wǎng)方案尤為重要。

3.5 混合組網(wǎng)技術(shù)

隨著信息通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)步，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向多星一網(wǎng)的方向發(fā)展。混合衛(wèi)星組網(wǎng)可以結(jié)合不同軌道衛(wèi)星優(yōu)勢，通過協(xié)同自主組網(wǎng)，構(gòu)建空間動態(tài)自組織低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。另外結(jié)合衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，可構(gòu)建星地協(xié)同一體化網(wǎng)絡(luò)，以提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，保障服務(wù)質(zhì)量[17]。因此，針對低軌衛(wèi)星的混合組網(wǎng)技術(shù)的研究主要涉及兩大方面，具體如下。

?星間協(xié)同混合組網(wǎng)技術(shù)：低軌衛(wèi)星的周期性運(yùn)轉(zhuǎn)引起星間鄰接關(guān)系不斷變化，同時(shí)衛(wèi)星規(guī)模也在不斷擴(kuò)張，這將給不同類型衛(wèi)星進(jìn)行高效自主組網(wǎng)帶來一定的難度。結(jié)合多軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、組網(wǎng)、安全性、抗毀性等技術(shù)，構(gòu)建衛(wèi)星間自適應(yīng)組網(wǎng)架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)不同衛(wèi)星間的互聯(lián)互通，提升衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的靈活性及可擴(kuò)展性，降低對地面網(wǎng)絡(luò)的依賴性。

?星地協(xié)同混合組網(wǎng)技術(shù)：星、地網(wǎng)絡(luò)屬于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，在時(shí)延、傳輸速率等方面存在極大差異，如何取長補(bǔ)短實(shí)現(xiàn)星地協(xié)同高效組網(wǎng)面臨著巨大挑戰(zhàn)。目前星地協(xié)同組網(wǎng)可通過覆蓋增強(qiáng)方式、距離拓展方式、業(yè)務(wù)融合方式和精準(zhǔn)通信方式實(shí)現(xiàn)。采用覆蓋增強(qiáng)方式，低軌衛(wèi)星和地面基站可協(xié)同覆蓋各自特定區(qū)域，消除網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)。采用距離拓展方式，低軌衛(wèi)星可為空中/地面基站提供遠(yuǎn)程回傳鏈路，增大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。采用業(yè)務(wù)融合方式，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可提供廣播服務(wù)以實(shí)現(xiàn)信息分發(fā)，地面網(wǎng)絡(luò)提供通信服務(wù)以實(shí)現(xiàn)信息交互。采用精準(zhǔn)通信方式，低軌衛(wèi)星可提供廣域覆蓋的信令鏈路，而地面基站可通過定向波束可實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的精準(zhǔn)覆蓋，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。盡管如此，如何將這些協(xié)同方式進(jìn)行有效的組合還待進(jìn)一步研究。

4 低軌衛(wèi)星組網(wǎng)潛在方案

基于上述低軌衛(wèi)星組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合不同的數(shù)學(xué)理論有望設(shè)計(jì)一些潛在可行的組網(wǎng)方案。

4.1 分布式組網(wǎng)方案

分布式的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通常由互不相連、共同協(xié)作完成某個(gè)任務(wù)的多顆低軌衛(wèi)星構(gòu)成，需要對星間組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究。常見的分布式組網(wǎng)方式有編隊(duì)飛行、星座和星群，其主要區(qū)別在于是否對星間鏈路及飛行軌道進(jìn)行控制操作[18]。

?編隊(duì)飛行：編隊(duì)飛行包括線性模式和繞飛模式。線性模式中衛(wèi)星在一條軌道上等間隔地線性分布部署；繞飛模式以某顆衛(wèi)星或虛擬衛(wèi)星為中心，其他衛(wèi)星在各自軌道上周期性運(yùn)轉(zhuǎn)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對較小且單一，不具備層次性，覆蓋范圍較小。

?星座：衛(wèi)星在預(yù)設(shè)軌道上穩(wěn)定且周期性飛行，衛(wèi)星間采用相同控制機(jī)制，對地面特定區(qū)域可保障所需通信服務(wù)，具有一定抗毀能力。典型的星座如北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)和銥星系統(tǒng)等。

?星群：通常由數(shù)顆同軌或異軌衛(wèi)星組成，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控空間環(huán)境、地面觀測等任務(wù)。在衛(wèi)星周期性運(yùn)行過程中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓粫θ蝿?wù)的執(zhí)行帶來影響，較為成熟的分布式星群如“吉林一號”。

分布式低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)需要衛(wèi)星之間的協(xié)作以共同完成某一任務(wù)，如何進(jìn)行高效的協(xié)作組網(wǎng)，則需要綜合考慮低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由選擇等特性，設(shè)計(jì)滿足時(shí)延、帶寬以及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性等多方面需求的分布式衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)動態(tài)組網(wǎng)方案。

4.2 基于博弈的組網(wǎng)方案

近年來，博弈論已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無線通信網(wǎng)絡(luò)，解決網(wǎng)絡(luò)的功率、帶寬、信道等資源的分配問題。在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)節(jié)點(diǎn)具有自私性和趨利性，不愿消耗自身的資源協(xié)助其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。因此，在低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì)的相應(yīng)路由算法或協(xié)議應(yīng)能夠激勵網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作自主形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，且能夠有效地管理及控制自身網(wǎng)絡(luò)資源。博弈論是解決個(gè)體之間合作與競爭關(guān)系的一種成熟數(shù)學(xué)理論與工具，可借助博弈論對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)協(xié)作組網(wǎng)等問題進(jìn)行研究[19-20]。

?基于報(bào)酬的博弈組網(wǎng)策略：通過引入報(bào)酬，可激勵衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)自私節(jié)點(diǎn)為其他節(jié)點(diǎn)提供中繼等服務(wù)，促進(jìn)節(jié)點(diǎn)間的合作。該機(jī)制中節(jié)點(diǎn)需要主動參與合作為其他節(jié)點(diǎn)提供正常的路由轉(zhuǎn)發(fā)等服務(wù)，才有可能獲得足夠的報(bào)酬用于支付自身所需服務(wù)。

?基于信任度的博弈組網(wǎng)策略：量化并排序低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)對其他節(jié)點(diǎn)的信任程度，以作為路由選擇優(yōu)先級的依據(jù)。通常網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)比較容易與信任度高的節(jié)點(diǎn)合作，同時(shí)信任度高的節(jié)點(diǎn)也易于獲得其他節(jié)點(diǎn)的服務(wù)。反之，信任度低的節(jié)點(diǎn)則易被孤立，以至于無法獲得其所需服務(wù)。該機(jī)制通過設(shè)置獎罰制度以激勵網(wǎng)絡(luò)自私節(jié)點(diǎn)主動地參與協(xié)作。

?多移動動態(tài)聯(lián)盟博弈組網(wǎng)策略：衛(wèi)星在一定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行多目標(biāo)協(xié)同任務(wù)，是一個(gè)多目標(biāo)的多移動動態(tài)聯(lián)盟問題，且聯(lián)盟之間存在資源競爭?？筛鶕?jù)不同目標(biāo)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠ㄎ魂P(guān)系，將網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)與目標(biāo)對應(yīng)的集合，解決聯(lián)盟之間可能出現(xiàn)的競爭沖突問題。進(jìn)一步利用合作博弈算法組成聯(lián)盟，促使衛(wèi)星理性地自發(fā)構(gòu)成穩(wěn)定的聯(lián)盟。

4.3 AI賦能的組網(wǎng)方案

AI技術(shù)具有從動態(tài)環(huán)境交互或海量數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)的能力，適用于不斷高動態(tài)變化的空間低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。未來衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將會越來越龐大異構(gòu)，業(yè)務(wù)類型和應(yīng)用場景也將越來越繁雜多變，網(wǎng)絡(luò)要求也將越來越智能化，充分利用AI技術(shù)以實(shí)現(xiàn)未來6G空間互聯(lián)網(wǎng)是必然選擇[21-22]。

?異構(gòu)智能切換技術(shù)：隨著未來空間低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)智能化需求的出現(xiàn)，結(jié)合AI學(xué)習(xí)方法的優(yōu)勢，如強(qiáng)化學(xué)習(xí)的無模型性及自學(xué)習(xí)性，能夠及時(shí)完成切換處理，縮短切換中斷時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)無縫切換。

?自適應(yīng)智能組網(wǎng)技術(shù)：利用AI技術(shù)對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源及變化規(guī)律進(jìn)行動態(tài)建模分析，結(jié)合集中或者分布管控的方式，自適應(yīng)推演衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由、緩存等策略，以獲得高效且可靠的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

?智能組網(wǎng)協(xié)議體系：為高效融合空天地海等多域網(wǎng)絡(luò)，需要建立完整且強(qiáng)大的智能協(xié)議體系。利用深度學(xué)習(xí)方法分析研究衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的特性，創(chuàng)建相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性及協(xié)同性。

5 結(jié)束語

低軌衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)在未來將得到進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)。首先，隨著衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星的載荷能力將得到提升，使得低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)能夠承載更多的信息，提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率；其次，隨著AI技術(shù)的發(fā)展，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)也可利用AI技術(shù)進(jìn)行自動化管理和調(diào)度，使得低軌衛(wèi)星組網(wǎng)更加高效且靈活；最后，低軌衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)在6G空間互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中也發(fā)揮著重要作用，具有廣闊的應(yīng)用前景，可為偏遠(yuǎn)地區(qū)、海上航行、軍事通信等領(lǐng)域提供服務(wù)，為人類提供更好的通信便利。

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A survey on networking key technologies for LEO satellite network

JIANG Ruihong1, FENG Yizhe1, SUN Yaohua1, ZHENG Haina2

1. State Key Laboratory of Networking and Switching Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China 2. Huawei Technologies Co., Ltd., Shenzhen 518129, China

With the continuous development of information and communication technology, the requirements for expanding network coverage and reducing communication delay are becoming higher and higher. Low earth orbit (LEO) satellite networking, as a network system constructed by satellites with low orbital altitudes, has the advantages of wide coverage and small communication delay. Firstly, the development status of LEO satellite network around and the challenges faced by LEO satellite networking were summarized. Then, the key technical difficulties and suggestions of LEO satellite networking were described. Finally, some potentially feasible LEO satellite networking schemes were discussed, combined with the theory and methods of distribution, game and artificial intelligence.

LEO satellite networking technology, artificial intelligence, game theory, 6G space Internet

TP393

A

10.11959/j.issn.1000–0801.2023032

蔣瑞紅（1989-），女，博士，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)室講師，主要研究方向?yàn)榈蛙壭l(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的理論性能和關(guān)鍵技術(shù)。

馮一哲（2000-），男，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)室碩士生，主要研究方向?yàn)榈蛙壭l(wèi)星通信系統(tǒng)接入技術(shù)。

孫耀華（1992-），男，博士，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)室副教授，主要研究方向?yàn)榈蛙壭l(wèi)星通信和無線接入網(wǎng)絡(luò)智能化。

鄭海娜（1994-），女，博士，華為技術(shù)有限公司終端BG標(biāo)準(zhǔn)專利部研究工程師，主要研究方向?yàn)榈蛙壭l(wèi)星通信關(guān)鍵技術(shù)。

The National Key Research and Development Program of China (No.2022YFB2902600), The Beijing Municipal Science and Technology Project (No.Z211100004421017), The Young Elite Scientists Sponsorship Program by China Institute of Communications (No.2021QNRC001)

2023-01-15；

2023-02-13

孫耀華，sunyaohua@bupt.edu.cn

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（No.2022YFB2902600）；北京市新一代信息通信技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目（No.Z211100004421017）；中國通信學(xué)會青年人才托舉項(xiàng)目（No.2021QNRC001）