面向低轨卫星网络的组网关键技术综述

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023032

电信科学 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (2): 37-47.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2023032

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面向低轨卫星网络的组网关键技术综述

蒋瑞红¹, 冯一哲¹, 孙耀华¹, 郑海娜²

¹ 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京 100876
² 华为技术有限公司，广东深圳 518129

修回日期:2023-02-13 出版日期:2023-02-20 发布日期:2023-02-01
作者简介:蒋瑞红（1989- ），女，博士，北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室讲师，主要研究方向为低轨卫星网络的理论性能和关键技术
冯一哲（2000- ），男，北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室硕士生，主要研究方向为低轨卫星通信系统接入技术
孙耀华（1992- ），男，博士，北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室副教授，主要研究方向为低轨卫星通信和无线接入网络智能化
郑海娜（1994- ），女，博士，华为技术有限公司终端BG 标准专利部研究工程师，主要研究方向为低轨卫星通信关键技术
基金资助:
国家重点研发计划项目(2022YFB2902600);北京市新一代信息通信技术创新项目(Z211100004421017);中国通信学会青年人才托举项目(2021QNRC001)

A survey on networking key technologies for LEO satellite network

Ruihong JIANG¹, Yizhe FENG¹, Yaohua SUN¹, Haina ZHENG²

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

Revised:2023-02-13 Online:2023-02-20 Published:2023-02-01
Supported by:
The National Key Research and Development Program of China(2022YFB2902600);The Beijing Municipal Science and Technology Project(Z211100004421017);The Young Elite Scientists Sponsorship Program by China Institute of Communications(2021QNRC001)

摘要/Abstract

摘要：

随着信息通信技术的不断发展，人类对于扩大网络覆盖范围和降低通信时延的要求越来越高。低轨卫星网络是一种利用轨道高度较低的卫星构建的网络体系，具有覆盖范围广、通信时延低等优势。基于此，首先概述了低轨卫星网络的国内外发展现状及其组网所面临的挑战，进一步阐述了低轨卫星网络组网关键技术难点及建议，最后结合分布式、博弈论和人工智能等方法，对潜在可行的低轨卫星组网方案进行了探讨。

关键词: 低轨卫星组网技术, 人工智能, 博弈论, 6G空间互联网

Abstract:

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.

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

中图分类号:

TP393

蒋瑞红, 冯一哲, 孙耀华, 郑海娜. 面向低轨卫星网络的组网关键技术综述[J]. 电信科学, 2023, 39(2): 37-47.

Ruihong JIANG, Yizhe FENG, Yaohua SUN, Haina ZHENG. A survey on networking key technologies for LEO satellite network[J]. Telecommunications Science, 2023, 39(2): 37-47.

图/表 2

参考文献 22

[1]	JIA Z Y , SHENG M , LI J D ,et al. LEO-satellite-assisted UAV:joint trajectory and data collection for Internet of remote things in 6G aerial access networks[J]. IEEE Internet of Things Journal, 2021,8(12): 9814-9826.
[2]	DARWISH T , KURT G K , YANIKOMEROGLU H ,et al. LEO satellites in 5G and beyond networks:a review from a standardization perspective[J]. IEEE Access, 2022(10): 35040-35060.
[3]	XIAO Z Y , YANG J Y , MAO T Q ,et al. LEO satellite access network (LEO-SAN) towards 6G:challenges and approaches[J]. IEEE Wireless Communications, 2022(99): 1-8.
[4]	方芳, 吴明阁 . 全球低轨卫星星座发展研究[J]. 飞航导弹, 2020(5): 88-92,95.
	FANG F , WU M G . Research on the development of global LEO satellite constellation[J]. Aerodynamic Missile Journal, 2020(5): 88-92,95.
[5]	LIN X Q , CIONI S , CHARBIT G ,et al. On the path to 6G:embracing the next wave of low earth orbit satellite access[J]. IEEE Communications Magazine, 2021,59(12): 36-42.
[6]	PROL F S , FERRE R M , SALEEM Z ,et al. Position,navigation,and timing (PNT) through low earth orbit (LEO) satellites:a survey on current status,challenges,and opportunities[J]. IEEE Access, 2022,(10): 83971-84002.
[7]	陈山枝 . 关于低轨卫星通信的分析及我国的发展建议[J]. 电信科学, 2020,36(6): 1-13.
	CHEN S Z . Analysis of LEO satellite communication and suggestions for its development strategy in China[J]. Telecommunications Science, 2020,36(6): 1-13.
[8]	王璇 . 低轨卫星网络高效安全组网研究[D]. 西安:西安电子科技大学, 2019.
	WANG X . Research on efficient and secure networking in LEO satellite networks[D]. Xi’an:Xidian University, 2019.
[9]	吴炀, 胡谷雨, 金凤林 ,等. 卫星网络组网关键技术[J]. 指挥控制与仿真, 2022,44(2): 88-100.
	WU Y , HU G Y , JIN F L ,et al. Key technologies of satellite networks[J]. Command Control ＆ Simulation, 2022,44(2): 88-100.
[10]	郭一然 . 低轨道卫星网络移动性支持问题研究[D]. 西安:西安电子科技大学, 2021.
	GUO Y R . Research on mobility support of LEO satellite network[D]. Xi’an:Xidian University, 2021.
[11]	仉陈 . 大规模低轨卫星组网方法与性能评估[D]. 南京:南京大学, 2021.
	ZHANG C . The networking method and performance evaluation for large-scale LEO satellite[D]. Nanjing:Nanjing University, 2021.
[12]	王艳峰, 谷林海, 刘鸿鹏 . 低轨卫星移动通信现状与未来发展[J]. 通信技术, 2020,53(10): 2447-2453.
	WANG Y F , GU L H , LIU H P . Status quo and future development of LEO satellite mobile communication[J]. Communications Technology, 2020,53(10): 2447-2453.
[13]	朱洪涛, 郭庆 . 基于用户群组的低轨卫星网络多星切换策略[J]. 电信科学, 2022,38(4): 39-48.
	ZHU H T , GUO Q . User group based multi-satellite handover strategy for LEO satellite networks[J]. Telecommunications Science, 2022,38(4): 39-48.
[14]	JUAN E , LAURIDSEN M , WIGARD J ,et al. Handover solutions for 5G low-earth orbit satellite networks[J]. IEEE Access, 2022,10: 93309-93325.
[15]	吉彬, 曹旭源, 阳凯 . 基于链路探测机制的卫星组网技术研究及仿真[J]. 电子信息对抗技术, 2022,37(1): 90-96.
	JI B , CAO X Y , YANG K . Research and simulation of satellite networking technology based on link detection mechanism[J]. Electronic Information Warfare Technology, 2022,37(1): 90-96.
[16]	吴署光, 王宏艳, 王宇 ,等. 低轨卫星网络路由技术研究分析[J]. 卫星与网络, 2021(9): 66-74.
	WU S G , WANG H Y , WANG Y ,et al. Research and analysis on routing technology of LEO satellite network[J]. Satellite ＆Network, 2021(9): 66-74.
[17]	DU P P , LI J D , BAI W G ,et al. Dual location area based distributed location management for hybrid LEO/MEO mega satellite networks[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2022,PP(99): 1-15.
[18]	高天旸, 胡笑旋, 夏维 . 基于分布式协同进化的星座自主任务规划算法[J]. 系统工程与电子技术, 2022,44(5): 1600-1608.
	GAO T Y , HU X X , XIA W . Constellation autonomous mission planning algorithm based on distributed co-evolution[J]. Systems Engineering and Electronics, 2022,44(5): 1600-1608.
[19]	赵力冉, 党朝辉, 张育林 . 空间轨道博弈:概念、原理与方法[J]. 指挥与控制学报, 2021,7(3): 215-224.
	ZHAO L R , DANG Z H , ZHANG Y L . Orbital game:concepts,principles and methods[J]. Journal of Command and Control, 2021,7(3): 215-224.
[20]	XU X S , DANG Z H , SONG B ,et al. Method for cluster satellite orbit pursuit-evasion game based on multi-agent deep deterministic policy gradient algorithm[J]. Aerospace Shanghai (Chinese ＆ English), 2022,39(2): 24-31.
[21]	HUANG J F , YANG Y , YIN L F ,et al. Deep reinforcement learning-based power allocation for rate-splitting multiple access in 6G LEO satellite communication system[J]. IEEE Wireless Communications Letters, 2022,11(10): 2185-2189.
[22]	刘洋, 王丽娜 . 基于树突神经网络的低轨卫星智能感知路由算法[J]. 工程科学学报, 2023,45(3): 465-474.
	LIU Y , WANG L N . LEO satellite intelligent-sensing routing algorithm based on a dendrite network[J]. Chinese Journal of Engineering, 2023,45(3): 465-474.

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[1]	郭泽华, 朱昊文, 徐同文. 面向分布式机器学习的网络模态创新[J]. 电信科学, 2023, 39(6): 44-51.
[2]	马晓亮, 刘英, 杜德泉, 安玲玲. 运营商智能客服的关键技术和发展趋势[J]. 电信科学, 2023, 39(5): 76-89.
[3]	徐英姿, 刘原, 时梦然, 韩书君, 董辰, 王碧舳. 语义在通信中的应用综述[J]. 电信科学, 2022, 38(Z1): 43-59.
[4]	王晴天, 刘洋, 刘海涛, 宗佳颖, 杨峰义. 面向6G的网络智能化研究[J]. 电信科学, 2022, 38(9): 151-160.
[5]	李爱华, 吴晓波, 陈超, 魏彬, 史嫄嫄. 5G网络大数据智能分析技术[J]. 电信科学, 2022, 38(8): 129-139.
[6]	黄秋萍, 刘晓峰, 高秋彬, 刘正宣, 金立强, 孙韶辉. 基于人工智能的大规模天线信道状态信息反馈研究[J]. 电信科学, 2022, 38(3): 74-83.
[7]	邹璐珊, 黄晓雯, 杨敬民, 郑艺峰, 张光林, 张文杰. 移动边缘计算中资源分配和定价方法综述[J]. 电信科学, 2022, 38(3): 113-132.
[8]	朱明伟. 网络智能化中的AI工程化技术方案[J]. 电信科学, 2022, 38(2): 157-165.
[9]	杨震, 赵建军, 黄勇军, 李洁, 陈楠. 基于网络演进的人工智能技术方向研究[J]. 电信科学, 2022, 38(12): 27-34.
[10]	程瑞营, 张攀, 肖雨, 乔宇杰, 张安奕. 基于时序数据的云网协同平台人工智能运维体系[J]. 电信科学, 2022, 38(11): 24-35.
[11]	陈志宏, 王明晓. 计算机视觉在智慧安防中的应用[J]. 电信科学, 2021, 37(8): 142-147.
[12]	吴晓文, 焦侦丰, 凌翔, 刘冰, 朱立东, 韩磊. 面向6G的卫星通信网络架构展望[J]. 电信科学, 2021, 37(7): 1-14.
[13]	袁硕, 任奕璟, 王则予, 孙耀华, 彭木根. 软件定义的星地融合智能无线网络[J]. 电信科学, 2021, 37(6): 66-77.
[14]	章坚武, 王路鑫, 孙玲芬, 章谦骅, 单杭冠. 人工智能在5G系统中的应用综述[J]. 电信科学, 2021, 37(5): 14-31.
[15]	刘志勇, 何忠江, 阮宜龙, 单俊峰, 张超. 大数据安全特征与运营实践[J]. 电信科学, 2021, 37(5): 160-169.