通信学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (5): 177-189.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2022075

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低轨巨型星座网络:组网技术与研究现状

陈全1, 杨磊1, 郭剑鸣1,2, 李星辰3, 赵勇1, 陈小前3   

  1. 1 国防科技大学空天科学学院,湖南 长沙 410073
    2 复杂飞行器系统仿真重点实验室,北京 100094
    3 军事科学院国防科技创新研究院,北京 100071
  • 修回日期:2022-03-15 出版日期:2022-05-25 发布日期:2022-05-01
  • 作者简介:陈全(1993- ),男,安徽宿州人,博士,国防科技大学讲师,主要研究方向为低轨卫星网络、无人机通信网络、微纳卫星技术等
    杨磊(1979- ),男,河南洛阳人,博士,国防科技大学研究员,主要研究方向为空间信息网络、卫星集群网络等
    郭剑鸣(1993- ),男,湖北襄阳人,博士,复杂飞行器系统仿真重点实验室助理研究员,主要研究方向为低轨卫星网络、软件定义网络等
    李星辰(1991- ),男,河南郑州人,博士,军事科学院助理研究员,主要研究方向为微纳卫星技术、低轨卫星网络等
    赵勇(1977- ),男,湖南沅江人,博士,国防科技大学教授,主要研究方向为微纳卫星技术、空间信息网络等
    陈小前(1975- ),男,湖南双峰人,博士,军事科学院研究员、博士生导师,主要研究方向为飞行器多学科优化设计、空间信息网络等
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(11725211);国家自然科学基金资助项目(12002383);国防科技大学学校科研计划基金资助项目(ZK22-02)

LEO mega-constellation network:networking technologies and state of the art

Quan CHEN1, Lei YANG1, Jianming GUO1,2, Xingchen LI3, Yong ZHAO1, Xiaoqian CHEN3   

  1. 1 College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
    2 Science and Technology on Complex Aircraft System Simulation Laboratory, Beijing 100094, China
    3 National Innovation Institute of Defense Technology, Chinese Academy of Military Science, Beijing 100071, China
  • Revised:2022-03-15 Online:2022-05-25 Published:2022-05-01
  • Supported by:
    The National Natural Science Foundation of China(11725211);The National Natural Science Foundation of China(12002383);The Research Project of National University of Defense Technology(ZK22-02)

摘要:

以新兴低轨巨型星座网络为研究对象,概述了系统基本架构与工作模式,总结了新兴巨型星座网络的基本特征。根据系统架构,从卫星网络拓扑动态性管理、星地链路切换策略、路由算法设计、地面信关站布局优化设计以及网络仿真与性能评估5个方面系统梳理了各关键技术的主要技术路线和研究进展,尤其是近期巨型星座的相关研究进展。重点分析了低轨巨型星座中星座规模和复杂度扩增对组网关键技术的挑战,以及现有的各类解决方法在巨型星座宽带网络场景下的适用性。最后对未来巨型星座网络的相关研究方向进行了展望。

关键词: 低轨巨型星座, 宽带卫星网络, 星链, 卫星网络路由, 信关站布局, 卫星网络仿真

Abstract:

The emerging low earth orbit (LEO) mega-constellation network (MCN) represented by Starlink and OneWeb were studied.The system architecture and basic working modes were introduced, and the main features of the emerging broadband MCN were summarized.Based on the system architecture of MCN, the methodology and research progress of five key technologies were investigated and summarized, including network topology dynamics management, space-ground handover scheme, high-efficiency routing algorithm design, gateway placement design, network simulation and performance evaluation.The focus was on recent mega-constellation-related studies.The challenges caused by the large scale and complexity of MCN and the applicability of existing techniques and solutions in MCN were analyzed.

Key words: low earth orbit mega-constellation, broadband satellite network, Starlink, satellite network routing, gateway placement, satellite network simulation

中图分类号: 

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