基于低轨卫星与5G网络的融合技术研究

针对目前低轨卫星的发展和面向5G的天地一体化信息网络的需求，结合目前天地一体化信息网络发展现状，介绍基于低轨卫星与地面5G网络的天地一体化信息系统网络架构方案。分析不同网络架构的优缺点，给出目前网络发展阶段下推荐的网络架构。分析低轨卫星与5G网络融合所需的关键技术及解决方案。     

面向空天地一体化网络的移动边缘计算技术

空天地一体化通信网络是未来6G移动通信系统的重要发展趋势,能真正实现全球全域的"泛在连接"。考虑到空天地一体化网络的多层异构性,引入移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)技术可为用户提供各种数据业务计算服务的支持。首先,对空天地一体化网络中的天基网络、空基网络、地基网络以及MEC技术分别进行了概述,并讨论了引入MEC技术对空天地一体化网络带来的优势。其次,分别对低轨(Low Earth Orbit, LEO)卫星-MEC融合网络架构、高空平台(High Attitude Platforms, HAPs)-MEC融合网络架构、无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)-MEC融合网络架构以及空天地一体化网络(Space-Air-Ground Integrated Network, SAGIN)-MEC融合网络架构进行了介绍,并讨论了这4种架构的应用场景。最后,探讨了空天地一体化网络架构中安全性、移动性管理等关键性挑战问题。     

面向6G的星地融合网络架构

通过对卫星星座的发展和星地融合网络研究的回顾，明确了6G的星地融合网络的发展趋势，提出了智简赋能的6G网络体系架构和弹性可重构的6G星地融合架构，并分析了星地融合网络中的关键技术问题，包括星上轻量化虚拟化技术、星上边缘计算功能以及广播/多播技术。认为6G星地融合网络将通过星地协同实现网络资源和计算资源的统一调度，同时可以根据业务需求和网络状态智能实现网络功能的按需弹性部署。     

专题:基于软件定义的空天地一体化网络技术

内容导读,近年来,随着低轨卫星商业计划的相继落地、高空平台的逐渐普及、地面移动通信技术的持续演进,空天地网络融合已成为重要的发展趋势。当前,发展空天地一体化信息网络已成为6G的共识,技术融合需要在5G时代起步实践,在6G时代全面实现。我国也将其作为重大使命纳入“新基建”范畴。     

通信、网络、计算融合的天地一体化信息网络体系架构研究

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。     

网络建设与优化

本针对城域宽带业务的应用和发展，分析了相关业务的承载需求和城域传送网络的融合演进趋势，提出了设计以数据内容为核心的城域光网络架构和建设统一的传送网络，并以T-MPLS技术作为融合网络的业务承载平台，满足全业务接入和网络扩展的需要。[编按]     

5G地面移动通信技术在低轨星座的适应性分析

5G移动通信旨在适应更多的应用场景,与2G/3G/4G网络相比,用更多维度的指标去描述,全新的生态系统,成为通信领域的研究热点,随着国家天地一体化信息网络重大项目的推进,低轨移动通信星座备受关注。主要从体系架构融合和地面5G技术适应性等方面进行分析,提出了低轨移动通信星座系统的网络架构、协议设计以及空口传输体制,对我国未来要建设的天地一体化信息网络具有一定的参考意义。     

基于Pub/Sub模型的天地一体化网络移动性管理方法

天地一体化网络中,星基网络具有时变性,从而导致天地一体化网络难以采用传统地基网络体系完成终端管理。针对这一问题,提出低轨卫星或天基终端发生移动时主动更新位置信息,由低轨卫星充当天基终端的移动接入网关(MAG),由高轨卫星组成的网络充当天基网络的移动性管理代理(MMA),移动终端和低轨卫星的移动性控制信息由基于Pub/Sub的模型来管理,以维护MAG之间和MAG与地面网关(GW)之间的隧道,从而减少星间移动性管理消息交互和移动过程对传统PMIP网络的LMA和HA的依赖,提升了移动性管理的效率和可靠性。仿真结果表明,与传统MIP相比,基于Pub/Sub模型的天地一体化网络移动性管理方法以少量信令开销为代价,取得了传输时延方面的明显优势。     

基于遗传算法的低轨天基雷达星座设计

从目标监视性能的角度出发,分析了低轨天基雷达星座的卫星总数、能量需求以及星座发射费用等优化目标。综合考虑了Walker星座的碰撞等约束问题,建立了低轨天基雷达星座设计的优化目标。提出了一种基于遗传算法的低轨天基雷达星座设计方法。根据天基雷达星座的特点,该算法在进化过程中使用了非可行解修正和约束分级等约束处理方法,有效提高了算法的运算效率。通过仿真实验验证了该方法能够有效的同时优化低轨天基雷达星座的构形和卫星参数。     

基于SCTP和移动IP的GEO天基网络移动性管理

相比基于低轨(LEO)卫星的天基网络,基于静止轨道(GEO)卫星的天基网络具有空间节点数量少、拓扑结构简单和系统建设成本低的优点。围绕用户终端在GEO天基网络中的移动性管理问题,利用移动IP架构的位置管理功能定位并追踪移动用户终端的网络位置,基于流控制传输协议(SCTP)的多地址归属特性保证移动切换过程中数据传输连接的连续性,提出了一种融合SCTP协议和移动IP架构的GEO天基网络移动性管理方案,具有良好的网络安全特性。测试结果表明,该方案既消除了移动IP架构固有的"三角路由"缺陷,同时具有较高的切换平滑性,是解决GEO天基网络移动性管理问题的有效方案。     

Network Control in ATM-Based LEO Satellite Networks

Low Earth Orbiting (LEO) satellite networks with on-board asynchronous transfer mode (ATM) switches hold the promise of offering an economically viable extension of terrestrial ATM systems by providing connectivity to areas where existing terrestrial networks are either infeasible or impractical. Network management in ATM LEO satellite networks is typically performed by the Network Control Center (NCC). The main contribution of this paper is to propose a network management system configuration with a stand-by solution and to describe an experimental Satellite Management Information Base (SMIB) that we have developed for implementation in ATM LEO satellite networks.     

Walker星座卫星网络拓扑结构动态性分析

对低轨道(LEO)、Walker星座类型的卫星网络拓扑结构动态变化特征进行量化,给出了精确计算系统周期内网络时间片数量和时间片长度的公式。通过研究,一方面弥补了卫星网络研究中对拓扑结构时间片特征的简单假设,另一方面也为未来卫星网络星座的设计提供一定的指导。     

智能光网络的应用探讨

随着传输技术的不断进步和数据及互联网业务的迅猛发展,智能光网络的应用越来越广泛。智能光网络具有路由自动恢复、动态支持业务、网络可靠灵活等技术特点。智能光网络的网络结构采用网状组网方式,其控制平面采用分布式处理方式并与网络管理系统共同完成网络的控制与管理,智能光网络可以从现有骨干网络和城域核心网络进行引入。     

Theatre in the Sky: a ubiquitous broadband multimedia‐on‐demand service over a novel constellation composed of quasi‐geostationary satellites

To meet an ever‐growing demand for wideband multimedia services and electronic connectivity across the world, development of ubiquitous broadband multimedia systems is gaining a tremendous interest at both commercial and academic levels. Satellite networks will play an indispensable role in the deployment of such systems. A significant number of satellite communication constellations have been thus proposed using Geostationary (GEO), Medium Earth Orbit (MEO), or Low Earth Orbit (LEO) satellites. These constellations, however, either require a potential number of satellites or are unable to provide data transmission with high elevation angles. This paper proposes a new satellite constellation composed of Quasi‐GeoStationary Orbit (Quasi‐GSO) satellites. The main advantage of the constellation is in its ability to provide global coverage with a significantly small number of satellites while, at the same time, maintaining high elevation angles. Based on a combination of this Quasi‐GSO satellites constellation and terrestrial networks, the paper proposes also an architecture for building a global, large‐scale, and efficient Video‐on‐Demand (VoD) system. The entire architecture is referred to as a ‘Theatre in the Sky’. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Resources scheduling and cooperative management of space-based information networks

Along with the expansion of the range and space of space-based information networks,and the enhancement of network cognitive ability,real-time,reliability and safety were needed to satisfy higher requirements.The demands of space-based information network designing referred to different platforms and users,random access in anytime,heterogeneous network architecture,cooperative management of different type of resource,and so on.Space-based network operation had the characteristic of high-dynamic,multi-type and big data.The realization of efficient resource management was discussed,and the analysis of multiple dimensions to objects in space-based information networks was realized,the design of dynamic space-based resource virtualization was further mentioned,scheduling and cooperative management was mentioned.     

一种新型的低轨存储转发通信星座设计方法

针对低轨存储转发星座的特点以及传统星座设计方法无法同时优化覆盖性能和网络性能的不足,该文提出一种新型的兼顾覆盖性能以及网络性能的低轨存储转发星座设计方法,并采用非劣分层多目标进化算法(NSGA-II)优化该多目标多约束星座设计问题。通过基于STK和OPNET的协同优化仿真平台验证了该星座设计方法的有效性。     

全球覆盖稳定拓扑LEO/MEO双层卫星激光网络设计

利用覆盖带法,设计了全球连续覆盖低轨道(LEO,lowearth orbit)/中轨道(MEO,mediumearth orbit)双层卫星光网络结构。LEO层是一个零相位因子walkerdelta星座,系统具准静态的Mesh逻辑结构。MEO层由赤道和极地轨道两个轨道组成,补充了LEO层对赤道地区覆盖的不足。覆盖性能结果表明,该网络上升轨道卫星对全球提供99.9%的平均覆盖,对我国提供100%的覆盖。链路性能仿真表明,双层卫星网络结构网络拓扑稳定,相邻节点仰角变化范围小,非常适合激光链路,与国外同类型星座相比所需卫星数少。     

Optical satellite networks

Several nongeosynchronous satellite constellation networks providing broad-band access to end-users are currently under development. The use of multigigabit laser intersatellite links (ISLs) is the enabling factor for routing traffic through the spare segment and creating a global space-based optical backbone network. Optical networking techniques based on wavelength division multiplexing (WDM) ISLs and wavelength routing can allow by-pass of the transit traffic significantly simplifying routing decisions and minimizing processing delays. The paper examines the characteristics of these networks and investigates the applicability of various optical networking schemes based on single hop and multihop approaches. Single hop can be adopted in medium earth orbit (MEO) systems consisting of 10 to 15 satellites whereas double-hop schemes based on the matrix lightpath allocation approach are suited for constellations up to 100 satellites, covering the requirements of most of the proposed low earth orbit (LEO) systems. Multihop will be required for some of the very large in number of satellites constellations. Statistical multiplexing of the transported traffic over the ISLs appears to be a necessary condition to achieve an efficient utilization of the satellite resources. Traffic routing has to take into account the impact of the varying range of the interorbit ISLs on the propagation delays. Although maximum leverage of the technologies developed for fiber optic WDM networks should be made, the technologies to be employed on board the satellites have to be space-qualified that may limit the applicability of some otherwise high-efficiency components