天地一体化信息网络 ›› 2023, Vol. 4 ›› Issue (4): 71-78.doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.2023044

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星载核心网轻量化设计策略及其性能优化

陈希1,2, 赵逸群1,2, 张铭晗1,2, 陆珊1,2, 王诗豪1,2, 张成晨1,2, 徐晓帆1,2, 杜平1,2   

  1. 1 上海卫星互联网研究院有限公司，上海 200120
    2 上海卫星互联网重点实验室，上海 200120
  • 修回日期:2023-11-13 出版日期:2023-12-01 发布日期:2023-12-01
  • 作者简介:陈希（1988- ），男，博士，网络技术研究员，主要研究方向为卫星互联网网络架构、5G/6G移动通信和星载轻量化核心网技术等
    赵逸群（1998- ），男，网络技术研究员，主要研究方向为先进卫星网络移动通信核心网星载轻量化部署方法与技术、6G移动通信卫星网络理论与演进等
    张铭晗（1995- ），男，网络技术研究员，工程师，主要研究方向为先进卫星网络移动通信中核心网星载轻量化部署方法与技术、6G移动通信卫星网络理论与演进等
    陆珊（1985- ），女，网络技术研究员，主要研究方向为移动核心网演进、标准和技术，主要涉及5G、虚拟化、未来天地融合网络架构等领域
    王诗豪（1993- ），男，高级业务主管，主要研究方向为通信系统运行控制、5G核心网、IMS系统
    张成晨（1990- ），男，网络技术研究员，主要研究方向为移动通信系统架构、空天地海一体化网络等
    徐晓帆（1986- ），男，博士，高级工程师，主要研究方向为卫星互联网网络架构、空间激光通信和5G/6G移动通信
    杜平（1978- ），男，博士，高级专家，主要研究方向为卫星互联网网络架构、承载网和核心网技术体制标准
  • 基金资助:
    国家重点研发计划资助项目(2023YFB2904702)

Lightweight Design Strategy and Performance Optimization of Spaceborne Core Network

Xi CHEN1,2, Yiqun Zhao1,2, Minghan ZHANG1,2, Shan LU1,2, Shihao WANG1,2, Chengchen ZHANG1,2, Xiaofan XU1,2, Ping DU1,2   

  1. 1 Shanghai Satellite Network Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200120, China
    2 Shanghai Key Laboratory of Satellite Network, Shanghai 200120, China
  • Revised:2023-11-13 Online:2023-12-01 Published:2023-12-01
  • Supported by:
    National Key Research and Development Program of China(2023YFB2904702)

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摘要：

随着全球通信需求的增长，星载核心网不仅可以减少星地间频繁的信令交互，更能突破地理区域的束缚，为天地融合网络架构以及全球通信运营提供有力支撑。然而，由于卫星的资源限制以及大尺度动态时变的卫星互联网动态拓扑结构，传统的核心网网元在星载环境下的部署遭遇了极大挑战。致力于研究低轨大规模星座下星载核心网的轻量化、灵活部署和低时延的挑战，旨在探索星载轻量化核心网的新型设计策略，为全球化的通信运营提供坚实的理论基础。首先研究包括最小网元集部署、单网元功能裁剪、接口协议轻量化、网元的融合与重构、平台架构轻量化以及传输协议重构等多个轻量化策略。然后，对选定的策略进行仿真实验，实验结果证实轻量化处理后的星载核心网在资源配置和信令流程方面均具有优越的性能表现。

关键词: 卫星通信, 卫星互联网, 星载核心网, 轻量化

Abstract:

With the growth of global communication demand, the spaceborne core network can not only reduce frequent signaling interactions between satellites and the ground, but also break through the constraints of geographical regions, providing strong support for the integrated network architecture of heaven and earth and global communication operations.However, due to the resource limitations of satellites and the dynamic and time-varying topology of satellite internet on a large scale, the deployment of traditional core network elements in spaceborne environments has encountered significant challenges.This article is dedicated to studying the challenges of lightweight, flexible deployment, and low latency in onboard core networks, aiming to explore new design strategies for onboard lightweight core networks and provide a solid theoretical foundation for global communication operations.Multiple lightweight strategies, including minimum network element set deployment, single network element function tailoring, interface protocol lightweight, network element fusion and reconstruction, platform architecture lightweight, and transmission protocol reconstruction were firstly studied.Then, detailed simulation experiments were conducted on the selected strategies, and the experimental results confirmed that the lightweight processing of the spaceborne core network has superior performance in resource allocation and signaling process.

Key words: satellite communication, satellite internet, spaceborne core network, lightweight

中图分类号: 

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