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2022年 第38卷 第4期 刊出日期：2022-04-20

2022年 第38卷 第4期
刊出日期：2022-04-20

  

专题：卫星互联网

关于快速形成我国天地一体通信运营能力的思考

杨岭才

2022, 38(4):  1-10.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022066

摘要 ( 296 )   在线阅读 ( 67 )   PDF下载 (1470KB) ( 405 )   可视化   

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天地一体通信网络是智能化综合性数字信息基础设施的必要组成部分，加快形成我国天地一体通信运营能力具有重要的现实意义。首先，分析了国内外天地一体通信能力研究现状以及距离产业应用的差距；然后，提出了一种基于枢纽港的天地云网融合能力体系，以及“业务融合、用户融合、终端融合、云网融合、全系统融合”的天地一体通信运营分阶段演进路线；最后，提出了天地一体通信运营能力形成需要重点突破的用户统一认证、多模多频智能终端、网络智能管理、资源统一编排调度等关键技术。

通信、网络、计算融合的天地一体化信息网络体系架构研究

虞志刚, 冯旭, 黄照祥, 陆洲

2022, 38(4):  11-29.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022079

摘要 ( 644 )   在线阅读 ( 97 )   PDF下载 (3362KB) ( 903 )   可视化   

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随着人类活动范围从大陆向海洋、太空的不断扩展，世界各国纷纷开始布局全球无缝覆盖、连接无处不在的天地一体化信息网络建设。天地一体化信息网络是天基网络与地面网络的深度融合，不是简单的地面向空间的拓展与叠加。从融合的角度出发，首先梳理了地面互联网、移动通信网、天基信息网络发展现状以及存在的问题与挑战；然后总结分析了天地一体化信息网络体系架构研究现状以及新型网络架构向云化、智能化发展的趋势；最后提出了通信、网络、计算融合的天地一体化信息网络的体系架构，并从物理架构、功能架构、物理与功能架构映射等多个维度进行了阐述，提出了一体化信息通信系统、一体化网络系统、一体化信息系统的3层功能架构模型，以期为后续天地一体化信息网络的研究、建设和标准化提供有价值的建议和参考。

一种面向低轨遥感星座的路由任务规划算法研究

齐星, 柳震, 梁家辉, 肇启明, 刘畅

2022, 38(4):  30-38.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022076

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为了解决遥感星座数据传输时效性差的问题，利用星间链组网，提出了一种适应于断续猝发特征星间网络的路由任务规划算法。该算法以遥感卫星成像任务规划结果为驱动，结合卫星网络拓扑结构的时变性特点，改进基于快照序列的拓扑划分方法，降低路由切换频率，减少链路切换代价损失。并将卫星与地面站之间的路由看作低轨遥感星座路由的一部分，在选择星地最短路由路径的同时实现星地建链总时长最大化。仿真结果表明，该算法能够显著提升低轨遥感卫星星座的数据传输能力。

基于用户群组的低轨卫星网络多星切换策略

朱洪涛, 郭庆

2022, 38(4):  39-48.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022078

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在未来移动通信中，低轨卫星网络为全球通信的实现发挥着重要作用。针对大规模低轨卫星网络中大量用户频繁进行并发切换导致切换成功率下降及信令开销过大的问题，提出了一种基于用户群组的低轨卫星网络多星切换策略。地面用户在触发切换时，将满足自身通信需求的候选切换卫星信息发送给接入卫星，接入卫星在考虑用户切换成功率、卫星吞吐率和卫星负载均衡的条件下将用户分组，完成整个切换过程。设计了一种基于用户群组切换的信令交互流程，并分析了系统切换的信令开销。仿真结果表明，基于用户群组的低轨卫星网络多星切换策略可以有效地减少网络重复信令的传输，降低系统信令开销，同时该切换策略可以有效地提高用户切换成功率和卫星吞吐率，以平衡卫星网络负载。

低轨星座系统的可控波束到地功率通量密度研究

黄颖, 李伟, 简晨, 严康

2022, 38(4):  49-58.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022073

摘要 ( 234 )   在线阅读 ( 20 )   PDF下载 (916KB) ( 360 )   可视化   

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功率通量密度是评估空间业务系统保护地面业务系统的一项干扰评价指标。给出了低轨星座系统可控波束的功率通量密度的计算方法和特定可控角下功率通量密度限值的符合性判定算法。在此基础上，提出了一种基于仰角遍历的功率通量密度限值的符合性判定算法。结合低轨星座系统的特征，论证了简化最大功率通量密度计算需要满足的条件。以Starlink系统为分析场景，计算分析了其Ka/E频段馈电波束的功率通量密度，并与SpaceX公开的结果对比验证了所提方法的正确性。结果表明，Starlink系统Ka频段馈电波束到地功率通量密度在仰角低于20°时不满足《无线电规则》规定的限值要求。

遥感卫星随遇接入互联网星座和在轨智能处理

常晓宇, 张伟嘉, 李旭东, 张晓男, 王港, 贾钢

2022, 38(4):  59-69.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022075

摘要 ( 272 )   在线阅读 ( 21 )   PDF下载 (5961KB) ( 402 )   可视化   

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低轨互联网星座是当前全球研究和发展的热点，互联网星座支持随遇接入遥感卫星和信息在轨直接处理的应用前景备受期待，但由于轨道高度不同会产生双向高动态异构星座的接入互联问题。首先，通过设定低轨卫星互联网星座在不同轨道特性、不同卫星数量情况下的随遇接入仿真场景，重点探讨了时空非连续可视性和多普勒频移问题对遥感卫星接入性能的影响；其次，基于遥感卫星随遇接入互联网星座场景的特点，分析了不同时延性在轨处理任务的流程及其星地功能分配；最后，对当前在轨智能处理算法存在的问题和未来研究重点进行阐述，为未来低轨互联网星座及遥感卫星的发展和联合组网应用提供可靠的理论支撑。

一种MEO星座的覆盖性能及组网方案分析

赵艳宾, 王任宁, 胡培培

2022, 38(4):  70-76.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022068

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地球静止轨道（geostationary earth orbit，GEO）卫星轨道位置资源稀缺已久，巨型低轨卫星星座的发展浪潮使得低轨轨道资源也变得空前紧张，中地球轨道（medium earth orbit，MEO）星座作为GEO和低地球轨道（low earth orbit，LEO）星座的折中，必将成为各国博弈的角逐场，参考世界各MEO星座和我国国情，提出了一种（6+4）MEO星座方案，并使用STK（Satellite Tool Kit）软件对星座覆盖性能、星际链路特性和信关站选址及覆盖性能进行了仿真分析，该方案通过地面站中继实现轨道间通信，有效规避了利用星际链路实现轨际通信时存在的各种问题，使系统得到简化、可靠性得到提高，在全球低轨卫星轨道资源紧张的形势下具有很强的战略价值。

基于广义近似消息传递的扰码多址卫星接收技术

余乐, 朱立东, 金亮, 李佳立, 刘轶伦, 郭晟

2022, 38(4):  77-89.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022077

摘要 ( 150 )   在线阅读 ( 10 )   PDF下载 (986KB) ( 125 )   可视化   

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为了解决卫星互联网中各类终端设备对传输速率和频谱资源的需求剧增问题，针对非正交多址卫星互联网，设计了一种基于广义近似消息传递的优化卫星接收机。考虑非正交多址中的多用户检测，基于图模型建立因子图，利用因子图建立系统的消息传递模型并提出消息传递算法。基于广义近似消息传递算法，进一步降低传统基于消息传递的多用户检测器的复杂度。在卫星环境下，研究广义近似消息传递信号接收性能。仿真结果表明，所提算法能有效地解决星地之间的多用户信号共存问题，同时降低算法的运算复杂度。

研究与开发

开放互联网环境基于信息熵的信息传播影响力计算方法

李攀攀, 谢正霞, 王赠凯, 靳锐

2022, 38(4):  90-100.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022026

摘要 ( 208 )   在线阅读 ( 20 )   PDF下载 (908KB) ( 239 )   可视化   

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研究了开放互联网环境下衡量信息传播的影响力，提出了一种基于最大熵理论的信息传播影响力计算方法。首先，对信息传播影响力所涉及的要素进行建模；然后，以香农信息熵理论为基础，根据“奥卡姆剃刀原理”选取信息影响力关联指标；最后，基于信息熵理论给出了信息传播影响力的计算方法。对学术论文引文和网络舆情事件的传播影响力进行了分析，验证了所提方法的有效性，所提方法对探究信息在开放互联网环境中的传播影响力以及对受众的影响程度具有重要的现实意义。

基于拟态防御架构的服务功能链执行体动态调度方法

李传煌, 唐晶晶, 陈泱婷, 雷睿, 陈超, 王伟明

2022, 38(4):  101-112.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022070

摘要 ( 180 )   在线阅读 ( 20 )   PDF下载 (1303KB) ( 343 )   可视化   

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面对静态、滞后的传统防御技术无法有效应对新型网络攻击的问题，根据拟态安全防御理论，提出了一种建立在数据转发层面的拟态服务功能链（mimic service function chain，MSFC）防御架构，基于该架构进一步提出了一种基于判决反馈的执行体动态调度方法。该方法以判决器反馈的异常执行体信息、执行体的异构度以及系统的实际负载量作为调度影响因素，使调度方法可以根据网络实际变化进行自适应调整。此外，该调度方法利用判决反馈对调度时间进行调整，以达到系统花费与安全性的最佳平衡，降低了系统的资源开销。仿真结果表明，该调度方法可以在平衡系统花费与安全性的基础上，选出更符合当前网络需求的高异构度执行体集合，从而提升系统的安全性及可靠性。

基于混合光电传输的无人机中继通信系统性能分析

徐溯, 张际, 刁杨华, 刘元莹, 张懿

2022, 38(4):  113-120.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022072

摘要 ( 148 )   在线阅读 ( 15 )   PDF下载 (923KB) ( 139 )   可视化   

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针对基于光电混合架构的无人机中继通信系统下行链路多用户传输场景，提出了一种基于统计信道状态信息的波束成形方案，并进一步分析了系统的中断概率。在该混合架构中，基站—无人机链路和无人机—用户链路采用自由空间光技术和射频传输完成通信过程。在已知RF链路统计信道状态信息的情况下，首先提出了一种波束成形方案以抑制用户间干扰，实现所有用户同时通信，提升了系统的频谱效率。然后，在自由空间光链路和射频链路分别服从 Gamma-Gamma 分布和 Nakagami-m 分布的条件下，推导出了系统中断概率的闭合表达式。进一步，得到了高信噪比条件下中断概率的渐进表达式，获得了系统的分集度。最后，仿真结果验证了理论分析的正确性以及所提方案的优越性。

基于模板和KNN算法的能量分析攻击对比研究

靳济方, 刘承远, 范晓红, 段晓毅, 刘嘉瑜

2022, 38(4):  121-129.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022080

摘要 ( 183 )   在线阅读 ( 16 )   PDF下载 (1585KB) ( 214 )   可视化   

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能量分析攻击至今仍是针对密码芯片最具威胁的攻击方法之一，针对传统的模板分析攻击和KNN算法的攻击进行对比研究，对比模板攻击和机器学习中的KNN优缺点。首先对皮尔逊相关系数、互信息和最大信息系数、距离相关系数 3 种降维方法进行了研究；然后对比了相同数量功耗曲线下，特征点数量对两种能量分析的成功率等性能的影响；同时研究了不同降维技术在相同功耗曲线数量和不同功耗曲线数量时对两种能量分析攻击的影响。结果表明，模板攻击在运行速度、占用内存方面优于KNN算法攻击，而在攻击成功率和鲁棒性方面，KNN算法攻击具有更好的表现。

5G大气波导干扰分析及规避方法研究

汪汀岚, 李行政, 左怡民, 张冬晨

2022, 38(4):  130-137.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022067

摘要 ( 432 )   在线阅读 ( 17 )   PDF下载 (1208KB) ( 434 )   可视化   

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大气波导效应会导致时分系统产生超远距离干扰，造成严重的网络质量劣化问题。首先，通过系统性的原理分析对5G大气波导干扰成因进行详细分析；然后，通过大量干扰数据对5G受大气波导干扰小区的特征进行研究，提出了5G大气波导干扰波形识别算法；最后，从时域、频率、空域、参数配置等方面提出了大气波导受干扰小区的规避调整方法，降低大气波导干扰影响，保障5G网络质量。

工程与应用

数字孪生在网络全生命周期管理中的研究

王达, 孙滔, 孙晓文, 郭建超, 孙杰, 陈果, 杨爱东, 欧阳晔

2022, 38(4):  138-145.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022063

摘要 ( 508 )   在线阅读 ( 90 )   PDF下载 (665KB) ( 1134 )   可视化   

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随着消费者对于通信业务的需求日益丰富和多样化，通信网络架构和功能也变得越来越庞大和复杂。随着5G通信技术的应用，5G通信网络可以实现网络能力的按需编排与灵活开放，对于网络在全生命周期中的管理提出更高的要求。随着数字孪生技术的发展，可以应用数字孪生技术辅助通信网络全生命周期管理，从而提升网络管理质量，降低网络风险和成本，实现可视化感知和实时闭环控制。在网络数字孪生方面相关的实践工作说明，所提网络数字孪生平台可以实现通信网络运行指标的可视化监控分析和网络故障快速诊断。

多接入、无线、有线融合架构演进及流量调度机制

时书锋, 于游洋

2022, 38(4):  146-155.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022057

摘要 ( 403 )   在线阅读 ( 75 )   PDF下载 (831KB) ( 601 )   可视化   

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3GPP 5G网络架构在3GPP Rel-16版本定义了无线有线融合架构，即固移融合网络架构，并重点研究此融合架构下的多个价值场景。其中，有线与无线混合接入场景备受关注，同时 3GPP 标准定义了此场景下的多接入流量调度机制。对此进行了详细论述，包括基本的多接入流量调度机制、增强5G-Adanced网络支持UDP业务流和以太业务流的包粒度分流机制以及新的冗余传输模式，并扩展4G和5G互通场景以支持3GPP接入5GC和非3GPP接入EPC的混合网络流量调度。

新一代多媒体实时通信系统架构增强演进研究

姜怡, 周越, 白雪茜, 吴滨, 刘晨, 张剑寅

2022, 38(4):  156-166.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022048

摘要 ( 427 )   在线阅读 ( 99 )   PDF下载 (1501KB) ( 405 )   可视化   

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随着 5G 和 5G-Advanced 网络的演进发展，多媒体实时通信业务正在向超清化、交互式、沉浸式及开放性趋势发展，对现有基于IP多媒体子系统 （IP multimedia sub system，IMS网络）的多媒体实时通信系统提出了架构和网络能力方面的增强需求。对实时多媒体通信系统架构的增强技术进行了研究和探讨，通过引入基于IMS网络架构的交互式通信通道技术，提出了服务化统一媒体面和三方标识认证的架构及流程，更好地满足个人和行业用户多样化、沉浸式多媒体实时通信体验需求。同时提出了一种多媒体实时通信网络新架构，对多媒体实时通信的控制面架构进行演进重构，提供更为简化、灵活和开放的会话控制、会话路由、媒体面管理、业务调用、业务组合机制。

面向“双碳”的5G网络节能技术

官磊, 丁洋, 李锐杰, 苏桐, 胡丽洁, 王轶, 胡南

2022, 38(4):  167-174.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022054

摘要 ( 615 )   在线阅读 ( 139 )   PDF下载 (561KB) ( 465 )   可视化   

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基于“双碳”大背景下的网络能耗降低课题，深入洞察网络能耗各部分占比，最终聚焦在占比较大的基站天线单元的能耗降低。进一步地，基于基站能耗模型以及兼顾网络能效和系统性能的评估方法论，介绍和分析了多种网络节能技术，具体包括时域关断、空域通道关断、频域扩展和功率回退，并结合评估结果说明了各技术方向的潜在增益空间。此外，还进一步考虑了其他维度的节能技术，如多站组网节能、辅助信息和功率效率提升等节能手段。