天地一体化信息网络

专题导读

汪春霆, 贾敏

2022, 3(3): 1-2. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022026-1

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天地一体多业务融合的物联网架构和关键技术

魏肖, 张景, 全子傲, 郭一诺, 冯旭

2022, 3(3): 3-12. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022026

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为了满足广域大容量低成本物联接入、工业时敏控制等多样化垂直行业物联业务需求，新一代天基物联网架构设计、技术研究和系统建设等工作正处于广泛研究和试验的阶段。在此背景下，在分析研究现状和需求的基础上，提出一种天地一体多业务融合的物联网架构，开展系统架构设计，以及多业务融合空中接口传输、导航定位一体和智能在轨边缘计算等技术研究，并提出一种面向低纬度地区的天地一体多场景天基物联网解决方案，为未来天基物联网技术发展和系统建设提供参考。

巨型感知星座星地一体智能化资源管控体系架构

柴英特, 王港, 张超, 朱光熙, 付伟, 郭争强

2022, 3(3): 13-22. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022027

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巨型感知星座将具备星上自动处理、星上自主规划、多载荷多模式自动切换等能力，传统的单纯依赖地面系统进行天基资源管控的模式已不能满足巨型感知星座的要求。针对巨型感知星座智能化和网络化资源管控的要求，提出一种星地一体智能化资源管控体系架构，具体设计星上部分、地面部分的工作内容以及星上与地面的交互机制，能很好地适用于巨型感知星座的自主资源管控，实现巨型感知星座观测系统的“网络化、自主化、智能化”，可在国家安全重大应急响应等任务方面发挥重要作用。

基于多模态观测需求信息的遥感星群任务智能规划机制

朱光熙, 王港, 张超, 柴英特, 付伟, 郭争强

2022, 3(3): 23-29. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022028

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结合星群观测任务快速智能规划需求和智能快速任务规划相关研究现状，基于应急抢险提交上报过程中常见的语音、文本等多模态观测需求的特点，设计基于多模态观测需求信息的星群观测任务快速智能规划机制。重点解决多模态需求信息的智能解译识别、区域观测任务全要素筹划和复杂应急任务动态高效规划3个面向未来应急抢险应用需求的关键问题，充分利用深度学习的方法，打通观测需求、资源筹划和任务规划3个主体间的自动化流程，实现应急观测需求智能解译、资源智能决策、方案智能生成。最终实现快速协调调动航天观测资源，并在指定时间内执行应急观测任务，充分发挥天基信息资源综合效能的目标，为联合应急抢险任务行动部署提供观测信息支撑。

卫星频谱信号智能挖掘技术

吕秋霖, 丁晓进, 张更新

2022, 3(3): 30-36. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022029

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随着空间信息网络的建设，可用频谱资源日益紧缺，面临的电磁环境越来越复杂，实现对全球电磁频谱态势的安全掌控所面临的挑战更加突出。针对以上问题，研究电磁频谱占用状态感知方法，通过构建时间卷积神经网络来感知频谱占用状态；探索频谱参数提取方法，结合底噪拟合和聚类分析，实现对中心频率、带宽、峰值功率等参数的提取；为挖掘异常频谱数据，研究利用神经网络自动检测起伏底噪、频谱草和大带宽等异常频谱；考虑星地间的大传播时延，进一步通过构建神经网络来实现对频谱占用状态的预测；将卫星频谱信号的感知、异常、参数和预测结果进行可视化呈现。初步评估结果表明，所设计的一套频谱感知、异常检测、参数认知和态势预测等卫星频谱智能挖掘技术，在提升频谱态势安全掌控能力的同时，还能有效提升频谱资源利用率。

星地场景下基于CNN的OTFS系统信道估计方法

郭晟, 余乐, 朱立东

2022, 3(3): 37-45. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022030

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正交时频空技术具有良好的多普勒频侈和时延适应性，在高多普勒通信场景下得到充分应用。针对OTFS系统的信道估计方法存在复杂度高、误码性能较差等不足的问题，基于卷积神经网络的方法，提出星地场景下基于CNN的OTFS系统信道估计方法。仿真结果表明，星地场景下，基于深度学习的方法在算法复杂度以及误码率方面比传统方法更优，从而证明深度学习在OTFS系统进行信道估计方面是可行的。

专题导读

匡麟玲, 姚海鹏

2022, 3(3): 46-46. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022031-1

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天地融合网络智能组网体系架构研究

张婷婷, 武楠, 姚海鹏

2022, 3(3): 47-55. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022031

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拓扑高动态、业务高差异、资源强受限等特征给天地融合组网带来了巨大挑战，深度结合软件定义网络、网络功能虚拟化、人工智能等网络技术，是实现未来天地融合网络智能重构、按需适变、高效管控等能力的主要技术途径。深入分析天地融合网络发展现状，提出智能化与虚拟化驱动的天地融合网络体系架构，并在此基础上针对网元异构、时空尺度大、业务需求差异化等带来的智能组网挑战，提出多维异构数据平面资源池化、多域协同的感知功能按需部署、多层多域混合式网络自主管控、“云-边”协同的集中式与分布式网络智能等，实现天地融合网络按需重构、智能服务的保障能力。

软件定义卫星网络辅助的空基网络多域路由策略

沙沫, 孙凯旋, 何华森, 袁文科, 叶志成, 杨坚

2022, 3(3): 56-64. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022032

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卫星网络层与空基网络层作为下一代网络的重要组成部分将引领世界进入全球互联时代。然而，飞机作为空基网络的主要节点具有的高机动性和稀疏分布等特点限制了原本为地面自组织网络设计的传统路由算法的应用。利用空基网络接入软件定义卫星网络，通过卫星对飞机的连接实现航空网络中飞机的实时通信与状态同步。为了将航空组网和传输机制扩展到全球范围，提出通过全球范围内划分为多域方法并设计提出一种域间路由算法。该算法通过类比光的反射原理，限制路由学习包传播，高效避免多节点大规模网络场景中状态同步与泛洪学习所带来的巨额通信开销。采用真实的飞机数据进行实验仿真，验证了相较其余基准算法，设计的低代价域间路由算法可以有效地降低通信成本和提高传输质量。

基于深度强化学习的卫星互联网路由优化研究

魏琳慧, 刘国文, 刘雨, 望育梅

2022, 3(3): 65-71. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022033

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随着卫星通信技术的飞速发展，卫星互联网成为6G网络实现全球覆盖、全时接入、全场景服务的核心关键技术。卫星网络的高动态性及有限的卫星容量，导致面临以异构网络管理、动态资源分配为代表的一系列管控挑战。由于机器学习技术在网络设计等方面具有显著优势，因此提出软件定义的卫星互联网智能化架构。针对卫星互联网的智能路由问题，利用基于双延迟深度确定性策略梯度的深度强化学习算法，解决网络的实时路由优化问题。实验结果表明，TD3算法相较于DDPG算法，平均网络时延降低了19.19%。

LEO卫星网络中MEC服务管理与任务迁移优化方法

刘志慧, 尉欢, 殷杰, 王俊义, 金世超, 董涛

2022, 3(3): 72-80. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022034

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低地球轨道（Low Earth Orbit, LEO）卫星因具有传输时延短、部署成本低等优势，在对地观测、广域覆盖的通信中发挥重要作用。由于LEO卫星平台体积和重量限制，每个LEO卫星节点的功能相对单一，需要多种功能的LEO卫星节点间高效协同，形成功能分散、能力聚合的高性能卫星网络。这对网络的服务管理提出了一定的要求。针对遥感观测卫星向部署有移动边缘计算（Mobile Edge Computing, MEC）服务的LEO卫星星座迁移观测任务数据的协作场景，研究LEO卫星网络中基于软件定义网络的MEC服务管理模型，提出结合时间扩展图思想的跨时隙任务迁移优化方法。仿真结果表明该方法能有效地降低观测卫星处理任务的成本，并可为部署MEC服务器的LEO卫星网络提供管理模型。

天地融合网络一致性能力开放方案

林琳, 朱斌, 王泽林, 王光全, 何建炜, 姚海鹏

2022, 3(3): 81-86. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022035

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面向地面5G网络与卫星通信网络融合架构的一体化能力开放问题，首先介绍国内外5G与卫星通信融合研究现状，然后提出在卫星与地面5G网络融合架构下的一致性能力开放分层架构，最后论述卫星与地面5G网络融合架构下的一致性能力开放需求、可行性架构及应用方案。通过提出的基于5G与卫星通信网络融合的能力开放方案，一方面连通卫星通信网络与地面5G网络能力调用路径，将5G能力扩展至卫星通信领域应用；另一方面，串联卫星管理系统与5G能力平台为卫星管理系统信息用于5G能力决策、5G网络能力用于卫星链路选择提供技术参考。

基于微服务的6G空天地一体化新型网络架构仿真系统

杨峻一, 裴凡迪, 许兆龙, 肖振宇

2022, 3(3): 87-96. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022036

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空天地一体化是6G发展的必然趋势，针对基于微服务的6G空天地一体化新型网络架构，搭建一套验证仿真系统；提出一种4层的仿真系统架构，包括接入用户层、RU-DU层、NFV案例管理层及微服务网元层，实现网络拓扑建立、用户注册、会话建立以及通信案例仿真的整体流程，体现服务化网元的功能；设计用户间通信、切换管理以及会话管理3项基本仿真案例，并通过切换管理案例验证新型网络架构可行性，为网络架构的迭代演进奠定工程化基础。

低轨卫星通信网络路由技术综述

郑爽, 张兴, 王文博

2022, 3(3): 97-105. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022037

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低轨卫星通信网络是万物互联时代的重要组成部分，而卫星星座拓扑高动态、资源异构受限、网络服务能力不均衡等特性使得传统应用于地面网络的路由协议不再适用于低轨卫星通信网络。对此，国内外学者展开了广泛的低轨卫星路由技术研究，首先分别从星上路由和星地路由两方面对低轨卫星路由研究现状进行讨论，详细梳理并对比以业务为核心和以拓扑为核心两个角度的星上路由技术。在此基础上，分析低轨卫星路由策略面临的关键问题，即网络拓扑高动态、星间链路传播时延大、网络负载不均匀和星上资源有限，进而针对上述问题对低轨卫星路由技术的未来研究进行相应展望。

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