卫星互联网光电混合交换技术综述

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022284

电信科学 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (11): 1-10.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2022284

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卫星互联网光电混合交换技术综述

张振华, 孙思月, 刘高赛, 王龙, 姜兴龙, 董琳, 梁广

中国科学院微小卫星创新研究院，上海 200120

修回日期:2022-11-08 出版日期:2022-11-20 发布日期:2022-11-01
作者简介:张振华（1997- ），男，中国科学院微小卫星创新研究院博士生，主要研究方向为卫星通信、星上交换技术
孙思月（1985- ），女，博士，中国科学院微小卫星创新研究院研究员、硕士生导师，技术研发中心副主任，中国科学院青年创新促进会会员。2016年入选上海市青年科技英才扬帆计划，2021年入选中国科学院上海分院青年英才培育计划
刘高赛（1995- ），男，中国科学院微小卫星创新研究院博士生，主要研究方向为卫星通信、5G/6G与卫星网络融合技术
王龙（1989- ），男，博士，中国科学院微小卫星创新研究院助理研究员，主要研究方向为微小卫星组网技术与应用
姜兴龙（1984- ），男，博士，中国科学院微小卫星创新研究院副研究员、技术研发中心通信室副主任，主持多项卫星通信系统、星座架构设计、网络优化、运控与应用以及激光通信等相关课题
董琳（1986- ），女，中国科学院微小卫星创新研究院工程师，主要研究方向为卫星光网络交换
梁广（1983- ），男，博士，中国科学院微小卫星创新研究院研究员，中国科学院青年创新促进会优秀会员，入选上海市青年拔尖人才，获得上海市科技进步奖二等奖、中国科学院杰出科技成就奖
基金资助:
中国科学院青年创新促进会资助项目(2020294);上海产业协同创新项目(2021-CYXT2-KJ03)

A survey of optical/electric hybrid switching technology for satellite Internet

Zhenhua ZHANG, Siyue SUN, Gaosai LIU, Long WANG, Xinglong JIANG, Lin DONG, Guang LIANG

Innovation Academy for Microsatellites of Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200120, China

Revised:2022-11-08 Online:2022-11-20 Published:2022-11-01
Supported by:
The Project of Youth Innovation Promotion Association(2020294);Shanghai Industrial Collaborative Innovation Project(2021-CYXT2-KJ03)

摘要/Abstract

摘要：

在激光链路与微波链路共存的空间环境下，卫星互联网光电混合交换的发展有助于推动空天地一体化的建设。针对卫星互联网业务的特点与传输需求，对电域交换技术和光域交换技术的现状进行调研和分析，总结现有交换技术在卫星互联网构建中的适用性。同时，根据分析结果，构建星上的端到端网络，并以此为基础完成星上光电混合架构的设计，主要包括接口、电域适配模块、光域适配模块、光电汇聚模块、光交换模块、分组交换模块与管理控制模块。

关键词: 卫星互联网, 光电混合交换, 端到端网络

Abstract:

In the space environment where laser links and microwave links coexist, the development of satellite Internet optical/electric hybrid switching will help promoting the construction of air-space-ground integration.According to the characteristics and transmission requirements of satellite Internet services, the current status of electrical domain switching technology and optical domain switching technology were investigated and analyzed, and the applicability of existing switching technologies in the construction of satellite Internet was summarized.At the same time, according to the analysis results, the end-to-end network on the satellite was constructed, and based on this, the design of the optical/electric hybrid switching architecture on the satellite was completed.It mainly included the interface, electrical domain adaptation module, optical domain adaptation module, optical/electric convergence module, optical switching module, packet switching module and management control module.

Key words: satellite Internet, optical/electric hybrid switching, end-to-end network

中图分类号:

TP393

张振华, 孙思月, 刘高赛, 王龙, 姜兴龙, 董琳, 梁广. 卫星互联网光电混合交换技术综述[J]. 电信科学, 2022, 38(11): 1-10.

Zhenhua ZHANG, Siyue SUN, Gaosai LIU, Long WANG, Xinglong JIANG, Lin DONG, Guang LIANG. A survey of optical/electric hybrid switching technology for satellite Internet[J]. Telecommunications Science, 2022, 38(11): 1-10.

图/表 9

表1

表2

表3

图1

图2

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表4

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参考文献 22

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星座	规模/颗	频段	服务
Iridium	66	L/Ka	语音通信
Starlink	4.2万	Ku/Ka/V	高速互联网
OneWeb	882	Ku/Ka/V	高速互联网
Kuiper	3 236	Ka	互联网
虹云	156	Ka	互联网
鸿雁	324	L/Ka	互联网

轨道类型	链路类型	传输介质	单端口速率	服务
星间轨道	同轨、异轨、跨层建链	激光/微波	多档速率（100 Mbit/s、2.5 Gbit/s、5 Gbit/s、10 Gbit/s、100 Gbit/s）	支持语音、图像、视频等应用服务
接入链路轨道	用户建链	微波	多用户、多频段
			速率差异大（1 Mbit/s～20 Gbit/s）
馈电链路轨道	信关站建链	微波	Ka频段
			10～20 Gbit/s

数据类型	资源类型	分组时延/ms	丢包率	可保证带宽
信令	non-GBR	100	10^-6	共享
会话类语音	GBR	100	10^-2	共享
会话类视频	GBR	150	10^-6	共享
非会话类视频	GBR	300	10^-6	共享
多媒体视频	non-GBR	300	10^-6	共享
TCP、P2P文件共享	non-GBR	300	10^-6	共享
专线业务	GBR	100	—	独占线路

交换技术	交换层面	可实现性	性能	当前星上适用性
OSU	电域	成熟	性能较好，但受限于电子瓶颈	适用
OCS	光域	成熟	传输容量大，但不灵活，适用于专线业务	不适用
OBS	光域	较成熟	业务粒度适中，传输效率较高，但拥塞对性能影响较大	适用
OPS	光域	不成熟	由于光器件不成熟，无法满足业务需求	不适用

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