亞森江·阿布都熱合曼，段卓君，劉向南，管婉青，皇甫偉，張海君

（1.北京科技大學(xué)，北京 100083；2.北京市融合網(wǎng)絡(luò)與泛在業(yè)務(wù)工程技術(shù)研究中心，北京 100083）

0 引言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)及應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)展，傳統(tǒng)地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)在覆蓋范圍和容量上正面臨日益凸顯的局限性，泛在連接的通信需求使衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成為了無(wú)線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1]。特別是在偏遠(yuǎn)地區(qū)、海洋、航空及緊急救援等特殊場(chǎng)景中，對(duì)高速、可靠且無(wú)縫覆蓋的通信服務(wù)的需求愈發(fā)迫切。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)因其提供無(wú)縫全球覆蓋，且相較于地面網(wǎng)絡(luò)具有較好的魯棒性和抗毀性等特點(diǎn)，在6G 泛在連接通信場(chǎng)景中將扮演至關(guān)重要的角色。但由于現(xiàn)有衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立組網(wǎng)，其各自的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)資源儲(chǔ)備量存在差異，導(dǎo)致地面移動(dòng)用戶(hù)對(duì)于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)適配還存在阻礙。因此，為實(shí)現(xiàn)6G 網(wǎng)絡(luò)的泛在連接目標(biāo)，多網(wǎng)融合成為關(guān)鍵技術(shù)路徑，即如圖1 所示，通過(guò)融合天基網(wǎng)絡(luò)與地基網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建空天地一體化的星地融合網(wǎng)絡(luò)。星地融合網(wǎng)絡(luò)的主要思想是通過(guò)融合衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，達(dá)到更廣的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和更高質(zhì)量的通信服務(wù)[2]。星地融合網(wǎng)絡(luò)不僅是解決現(xiàn)有通信瓶頸的關(guān)鍵途徑，更是6G 發(fā)展的重要趨勢(shì)和核心研究方向。

星地融合網(wǎng)絡(luò)具有多層立體覆蓋、動(dòng)態(tài)時(shí)變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、跨域協(xié)同傳輸?shù)蕊@著特點(diǎn)，其研究重點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面：1）彈性可重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，以適應(yīng)衛(wèi)星高速移動(dòng)導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化；2）跨域多維資源管理和優(yōu)化，以提高跨網(wǎng)絡(luò)多維資源的利用率；3）高效可靠的星間、星地鏈路的隨機(jī)接入技術(shù)，通過(guò)統(tǒng)一的接入標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫銜接。其中，為實(shí)現(xiàn)融合網(wǎng)絡(luò)高效互聯(lián)互通，并打破兩者之間的壁壘，迫切需要設(shè)計(jì)融合資源協(xié)調(diào)調(diào)度方案。實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源的統(tǒng)一調(diào)度，并兼顧其高動(dòng)態(tài)性和隨機(jī)接入特性，最大化資源利用率。

本文分析了星地融合網(wǎng)絡(luò)資源管理的研究進(jìn)展，基于此總結(jié)了星地融合網(wǎng)絡(luò)資源管理面臨的挑戰(zhàn)。并針對(duì)這些挑戰(zhàn)，從移動(dòng)性管理、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源分配、空口統(tǒng)一三個(gè)關(guān)鍵研究方向總結(jié)了現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展、深入分析總結(jié)了在這三個(gè)研究方向仍面臨的挑戰(zhàn)，給出了解決策略和未來(lái)發(fā)展方向。

1 6G星地融合網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

由于現(xiàn)有衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面6G 網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、空口協(xié)議和移動(dòng)性管理等方面存在顯著差異，導(dǎo)致兩者的資源互通性差。因此，針對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源的不均衡分布現(xiàn)狀，亟需設(shè)計(jì)一種能夠兼顧地面與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源特性的靈活資源管理框架，實(shí)現(xiàn)高效的跨網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)同調(diào)度機(jī)制。

1.1 星地融合網(wǎng)絡(luò)資源管理研究現(xiàn)狀

隨著用戶(hù)的海量增長(zhǎng)以及場(chǎng)景多樣化、設(shè)備密集化等形勢(shì)的出現(xiàn)，且衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)所固有的高速移動(dòng)性挑戰(zhàn)，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的信道資源管理、功率資源管理、波束管理等網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源管理方案不能滿(mǎn)足下一代通信網(wǎng)絡(luò)需求[3]。因此，如何在嚴(yán)格受限的資源框架內(nèi)設(shè)計(jì)并實(shí)施一套兼顧移動(dòng)性管理、適應(yīng)統(tǒng)一空口協(xié)議要求的靈活資源分配方案，從而提升整體資源利用率，已成為星地融合網(wǎng)絡(luò)研究的核心議題之一。

信道資源作為網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源的重要部分，設(shè)計(jì)靈活可擴(kuò)展的信道分配策略一直以來(lái)都是無(wú)線通信的研究重點(diǎn)，傳統(tǒng)的信道分配策略采取的是固定分配的方式，這種方式對(duì)于動(dòng)態(tài)變化的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)而言，信道利用率極低。隨著動(dòng)態(tài)信道分配方式的提出，不僅顯著減少了用戶(hù)因資源爭(zhēng)用而排隊(duì)等待通信的頻次，而且特別針對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中用戶(hù)的高移動(dòng)性特性，有效提升了通信服務(wù)的穩(wěn)定性和質(zhì)量。此外，動(dòng)態(tài)信道分配在多波束衛(wèi)星提高頻譜資源利用率和減少信道干擾等方面也具有優(yōu)秀的表現(xiàn)。近些年來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方式被應(yīng)用在了信道資源的分配策略中，基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)信道分配算法能夠顯著地降低阻塞概率，提高頻譜效率和網(wǎng)絡(luò)承載流量[4]。另有Zhang[5]等，同樣采用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方式，但考慮到了LEO 衛(wèi)星的約束能量等問(wèn)題，提出了新的基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的節(jié)能信道分配方案，大量節(jié)省了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)能耗，緩解了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中信道資源緊張的問(wèn)題。

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由于其信號(hào)傳輸跨越地空距離，因此相較于地面無(wú)線通信系統(tǒng)，需要采用更高的發(fā)射功率以克服沿傳播路徑的顯著損耗效應(yīng)。鑒于此，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一套精密且高效的功率管理策略，在確保衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化及資源有效利用方面顯得尤為關(guān)鍵和迫切。傳統(tǒng)的功率分配算法包括固定功率分配、動(dòng)態(tài)功率分配以及混合功率分配等，但這些算法在功率利用率和功率干擾方面均存在一定問(wèn)題。而人工智能在解決復(fù)雜資源管理問(wèn)題上具有顯著優(yōu)勢(shì)，Xu[6]等比較了五種不同的動(dòng)態(tài)功率分配人工智能算法，盡管五種算法在魯棒性、最優(yōu)解、可使用條件等方面存在差異，但其在功率利用率上相比于傳統(tǒng)方式都有更優(yōu)秀的表現(xiàn)。在未來(lái)，可以預(yù)見(jiàn)的是利用人工智能技術(shù)在多域資源的管理設(shè)計(jì)上都可以給出更優(yōu)的解決方案。

1.2 6G星地融合網(wǎng)絡(luò)資源管理面臨的挑戰(zhàn)

星地融合網(wǎng)絡(luò)作為一種集衛(wèi)星系統(tǒng)和地面通信于一體的網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的地面或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)相比，受到不同網(wǎng)絡(luò)平面中有限和不平衡的網(wǎng)絡(luò)資源的約束。在星地融合網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面通信系統(tǒng)具有不同的資源特性和需求，衛(wèi)星系統(tǒng)通常覆蓋范圍廣，但數(shù)據(jù)傳輸速率較低；地面網(wǎng)絡(luò)可以在人口稠密地區(qū)提供高容量服務(wù)，但在偏遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)法提供足夠的覆蓋。6G 星地融合網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化管理面臨的核心挑戰(zhàn)主要包括：針對(duì)衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)移動(dòng)特性設(shè)計(jì)高效靈活的移動(dòng)性管理策略；實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)多維資源的統(tǒng)籌規(guī)劃與智能調(diào)度，以適應(yīng)衛(wèi)星廣域覆蓋但傳輸速率受限以及地面網(wǎng)絡(luò)在城市區(qū)域高容量服務(wù)與偏遠(yuǎn)地區(qū)覆蓋不足之間的差異性需求；此外，還需要研究能夠兼容星地兩種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的統(tǒng)一空口協(xié)議，以促進(jìn)不同網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)間無(wú)縫切換與協(xié)同工作，確保整個(gè)星地融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能最優(yōu)化及資源利用效率的最大化。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)新一代星地融合網(wǎng)絡(luò)提出了全新的通信標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)星地融合網(wǎng)絡(luò)資源管理關(guān)鍵技術(shù)提出了更高的要求，例如更靈活的資源調(diào)度方案、更有效的業(yè)務(wù)連續(xù)性保障和干擾協(xié)調(diào)等。6G 星地融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)中需要考慮網(wǎng)絡(luò)資源部署的靈活性和擴(kuò)展性，兼容透明轉(zhuǎn)發(fā)和星上處理模式，考慮不同的傳輸條件、不同的傳輸時(shí)延以及鏈路動(dòng)態(tài)切換等因素，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的柔性適配能力實(shí)現(xiàn)星地融合網(wǎng)絡(luò)的靈活部署、優(yōu)化和擴(kuò)展[7]。且目前的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化程度上，相較于高速發(fā)展的地面網(wǎng)絡(luò)仍存在較大差距，還無(wú)法與地面網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)調(diào)度多維網(wǎng)絡(luò)資源，所以需要進(jìn)一步對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)使用的移動(dòng)性管理及空口協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，確保星地融合網(wǎng)絡(luò)資源的高效靈活調(diào)度。

移動(dòng)性管理涉及到用戶(hù)在波束間和衛(wèi)星間的無(wú)縫切換，需要攻克波束間的數(shù)據(jù)重傳機(jī)制以及衛(wèi)星之間的協(xié)同性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性難題。資源管理則需要考慮如何有效利用有限的網(wǎng)絡(luò)資源，以滿(mǎn)足不同服務(wù)和應(yīng)用的需求。此外，針對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)使用的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)存在差異，且缺乏統(tǒng)一的空口管控標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，亟需研究統(tǒng)一的管控中心和相互兼容的空口協(xié)議，設(shè)計(jì)一種能夠協(xié)調(diào)調(diào)度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源的協(xié)議體系，確保通信的順暢和兼容性。因此，在未來(lái)的星地融合網(wǎng)絡(luò)研究中，需要進(jìn)一步探索這些關(guān)鍵研究方向，以推動(dòng)衛(wèi)星與地面系統(tǒng)的有效集成、協(xié)議優(yōu)化、資源協(xié)同管理和分配。

2 6G星地融合網(wǎng)絡(luò)高動(dòng)態(tài)移動(dòng)性管理

現(xiàn)有地面網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，能夠?yàn)樵诘孛娓咚僖苿?dòng)的用戶(hù)提供穩(wěn)定的通信保障[8]。但針對(duì)星地融合網(wǎng)絡(luò)的高動(dòng)態(tài)特性，需要聚焦用戶(hù)無(wú)縫切換的需求，進(jìn)一步探索符合融合網(wǎng)絡(luò)特性的移動(dòng)性管理技術(shù)，確保在擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)，優(yōu)化資源適配，提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的通信服務(wù)，進(jìn)而充分挖掘和發(fā)揮星地融合網(wǎng)絡(luò)的潛力和優(yōu)勢(shì)。

2.1 近地軌道衛(wèi)星的切換技術(shù)

LEO 衛(wèi)星憑借著更低的發(fā)射成本、更短的信號(hào)往返時(shí)延和更高的通信質(zhì)量，相較于中軌衛(wèi)星和地球同步軌道衛(wèi)星成為了近年來(lái)學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)。而低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)也是空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，是延伸地面網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵[9]。因此，對(duì)于LEO 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理研究是星地融合網(wǎng)絡(luò)的重要挑戰(zhàn)之一。用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)接入、切換的需求同LEO 衛(wèi)星高速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是移動(dòng)性管理的主要考量因素。如圖2 所示，目前常見(jiàn)的LEO移動(dòng)性管理的衛(wèi)星切換策略可分為兩種，分別為波束間切換和衛(wèi)星間切換。

（1）波束間切換

波束切換是指用戶(hù)在接收同一顆衛(wèi)星的服務(wù)時(shí)，可能會(huì)在該衛(wèi)星提供的不同波束間進(jìn)行通信鏈路的變化。對(duì)于波束間切換主要是將實(shí)現(xiàn)信道的合理分配作為主要目標(biāo)，例如提供預(yù)留信道的方式完成新用戶(hù)在該波束下的接入，但由于信道資源緊張，該低信道利用率的方式早已不適用。隨著LEO 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，高速頻繁的切換使衛(wèi)星的移動(dòng)性管理需要考慮的因素越來(lái)越多，因此設(shè)計(jì)高性能的多因素決策切換方案也是該領(lǐng)域上的挑戰(zhàn)。如Wang[10]等在考慮剩余空閑信道之外，還綜合考慮了平均接收功率、衛(wèi)星剩余服務(wù)時(shí)間、用戶(hù)偏好等因素，設(shè)計(jì)的切換模型在星間切換次數(shù)和平均信道利用率等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)切換方案。此外，由于新無(wú)線電（NR,New Radio）接入LEO 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，對(duì)以往的切換方案提出了更大挑戰(zhàn)，例如高切換頻率、長(zhǎng)通信距離以及同一衛(wèi)星發(fā)射多個(gè)高增益波束導(dǎo)致的終端經(jīng)歷的下行鏈路干擾增加[11]。且考慮到LEO 衛(wèi)星數(shù)量正大幅增長(zhǎng)，單一用戶(hù)將同時(shí)位于多個(gè)衛(wèi)星波束覆蓋范圍內(nèi)，因此相較于考慮單一衛(wèi)星波束下的切換，綜合考慮多衛(wèi)星、多波束間的切換問(wèn)題是6G 星地融合網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理策略中保障用戶(hù)通信連續(xù)性的研究切入點(diǎn)。

（2）衛(wèi)星間切換

隨著大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)的成熟，將采用信道預(yù)編碼的多輸入多輸出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）技術(shù)應(yīng)用于LEO 衛(wèi)星通信，使用戶(hù)波束間切換的問(wèn)題得到了一定的改善。由Sun[12]等提出的基于LEO的非地面網(wǎng)絡(luò)多屬性條件切換方案，通過(guò)計(jì)算終端在衛(wèi)星的停留時(shí)間以及測(cè)量參考信號(hào)接收功率等信號(hào)強(qiáng)度，構(gòu)建出效用函數(shù)選取最佳接收方案。還有將用戶(hù)和衛(wèi)星的關(guān)系構(gòu)建成圖提出的基于圖論的管理框架，根據(jù)不同的切換準(zhǔn)則配置鏈路權(quán)重，利用最短路徑算法計(jì)算出最優(yōu)的衛(wèi)星接入方案[13]。在未來(lái)，衛(wèi)星的超密集部署將為成為L(zhǎng)EO 衛(wèi)星星座的重要特征，只通過(guò)接收單一衛(wèi)星服務(wù)造成的頻繁星間切換可能會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星資源的浪費(fèi)，對(duì)此可以考慮將多個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行分組，同組衛(wèi)星下實(shí)現(xiàn)用戶(hù)信息共享來(lái)減少切換負(fù)擔(dān)、優(yōu)化星間切換。例如，Abdelsadek[14]等則考慮將地面用戶(hù)終端接入一組衛(wèi)星中，提出了基于分布式MIMO 技術(shù)的新型LEO 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)。利用人工智能的移動(dòng)預(yù)測(cè)，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)流量熱點(diǎn)分布、流量預(yù)測(cè)以及切換決策對(duì)未來(lái)環(huán)境的影響等多個(gè)因素，實(shí)現(xiàn)出基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能切換方案將會(huì)是未來(lái)移動(dòng)性管理設(shè)計(jì)的重要方向。

2.2 面向星地融合網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理

由于星地融合網(wǎng)絡(luò)中融合組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，使其在進(jìn)行移動(dòng)性管理研究時(shí)需要針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星和用戶(hù)的雙重移動(dòng)性進(jìn)行綜合考慮。LEO 作為星地融合網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，因其密集部署和快速移動(dòng)特性導(dǎo)致的頻繁鏈路切換，對(duì)現(xiàn)有的移動(dòng)性管理機(jī)制設(shè)計(jì)中的通信、存儲(chǔ)、計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)資源提出了更大挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)更優(yōu)化的移動(dòng)性管理方案提高用戶(hù)切換成功率和減少不必要的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)是目前亟待解決的問(wèn)題。

綜合學(xué)者目前針對(duì)星地融合網(wǎng)絡(luò)提出的衛(wèi)星移動(dòng)性管理方案，其研究方向可大致分為兩類(lèi)。首先是對(duì)于星地融合網(wǎng)絡(luò)下的衛(wèi)星切換決策進(jìn)行考慮，例如綜合考慮衛(wèi)星仰角、空閑信道數(shù)、剩余服務(wù)時(shí)間等指標(biāo)，選取合適的目標(biāo)衛(wèi)星進(jìn)行切換以實(shí)現(xiàn)對(duì)切換成功率、切換開(kāi)銷(xiāo)、切換時(shí)延等性能的優(yōu)化?；谝陨峡紤]，王汝言 [15]等提出了基于多目標(biāo)優(yōu)化的星間切換決策，在該方案中考慮了多用戶(hù)和業(yè)務(wù)切換時(shí)的星上傳輸資源不足的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)平均數(shù)據(jù)速率和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化處理，降低切換請(qǐng)求次數(shù)并提升了切換成功率。此外，將地面通信網(wǎng)向LEO 衛(wèi)星網(wǎng)的業(yè)務(wù)分流概率等多個(gè)影響因素考慮在內(nèi)，構(gòu)建多屬性動(dòng)態(tài)優(yōu)化深度學(xué)習(xí)模型，也是以后優(yōu)化星地融合網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理的重要方向[16]。另一個(gè)星地融合網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理的研究方向則是優(yōu)化星間切換方式，通過(guò)減少信令回傳次數(shù)與網(wǎng)絡(luò)流量開(kāi)銷(xiāo)來(lái)降低衛(wèi)星切換時(shí)延[17]。例如，如圖3 所示，通過(guò)將網(wǎng)元功能部署到衛(wèi)星中，構(gòu)建空中移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，避免了切換請(qǐng)求在衛(wèi)星和地面站之前的發(fā)送和回傳，可以有效地降低切換過(guò)程的耗時(shí)。另外，構(gòu)建新的衛(wèi)星切換機(jī)制也是這一方向下的解決辦法之一。例如，Ji[18]等主要關(guān)注星地融合網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星高速移動(dòng)屬性，將地面用戶(hù)的低速移動(dòng)視作相對(duì)靜止，并提出在當(dāng)前時(shí)刻同一顆衛(wèi)星下服務(wù)的大多數(shù)用戶(hù)將移動(dòng)到下一衛(wèi)星的策略，提出了一種用戶(hù)聚合的切換策略。在這種策略下，將用戶(hù)適當(dāng)分組，使多次的星間切換轉(zhuǎn)變?yōu)閱未蔚木酆锨袚Q，減少了大規(guī)模用戶(hù)切換帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)壓力。未來(lái)，進(jìn)一步將用戶(hù)的移動(dòng)預(yù)測(cè)等多種動(dòng)態(tài)因素考慮在內(nèi)，是設(shè)計(jì)適合星地融合網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)的移動(dòng)性管理方案的重要方向。

圖3 LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星間切換過(guò)程

3 6G星地融合網(wǎng)絡(luò)跨域多維資源管理關(guān)鍵技術(shù)

星地融合網(wǎng)絡(luò)具有廣域覆蓋的特點(diǎn)，需要為大量地面用戶(hù)提供服務(wù)，滿(mǎn)足大規(guī)模用戶(hù)接入和高速率通信的需求，亟需提高資源利用率、系統(tǒng)通信容量。如何實(shí)現(xiàn)通信、感知、計(jì)算、存儲(chǔ)、導(dǎo)航、遙感等資源的靈活分配及高效利用，從而提高資源利用率成為面向6G 的星地融合網(wǎng)絡(luò)亟待解決的難題。針對(duì)圖4 所示的星地融合網(wǎng)絡(luò)資源架構(gòu)，本文通過(guò)通信域多維資源管控和感知、計(jì)算、存儲(chǔ)、導(dǎo)航、遙感等資源高效融合兩個(gè)方面對(duì)資源管控技術(shù)進(jìn)行闡述。

圖4 6G網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)融合資源架構(gòu)圖

3.1 星地融合網(wǎng)絡(luò)通信域多維資源管理

隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)廣度和深度的快速發(fā)展，全球互聯(lián)網(wǎng)終端爆發(fā)式增長(zhǎng)，導(dǎo)致無(wú)線網(wǎng)路頻譜資源的緊缺。為了滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的移動(dòng)終端的高性能通信需求，ITU 指出需要將現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻譜使用效率提高十倍左右[19]。而目前根據(jù)FCC 的調(diào)研結(jié)果表明，現(xiàn)已固定分配的頻譜資源利用效率低于15.2%[20]。因此，在現(xiàn)有水平上頻譜資源利用效率有較大的提升空間。

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中由于鏈路預(yù)算不足和波束間的同頻干擾問(wèn)題，其頻譜效率目前遠(yuǎn)低于地面網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)此問(wèn)題，通過(guò)靈活跳波束方案，可以根據(jù)星地融合網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)和通信容量需求，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源的動(dòng)態(tài)按需調(diào)度。

針對(duì)星地融合網(wǎng)絡(luò)由于地面網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)共享頻率帶來(lái)的頻譜資源緊張問(wèn)題，在考慮到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)高速移動(dòng)性的前提下，一種基于非穩(wěn)態(tài)多臂老虎機(jī)（MAB,Multiarmed Bandit）的LEO 衛(wèi)星跳波束時(shí)隙分配方案被引入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)[21]。基于非穩(wěn)態(tài)MAB 模型，采用波束等級(jí)劃分技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的BH 技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在高速時(shí)變的前提下不依賴(lài)于較高計(jì)算資源的動(dòng)態(tài)波束時(shí)隙分配，有效提高了衛(wèi)星系統(tǒng)的頻譜效率。

考慮到星地融合網(wǎng)絡(luò)頻譜資源分布不均且時(shí)變的環(huán)境，一種結(jié)合認(rèn)知無(wú)線電和跳波束技術(shù)的波束調(diào)度方案被引入星地融合網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)靈活適應(yīng)融合網(wǎng)絡(luò)下終端數(shù)量和可用頻譜資源的動(dòng)態(tài)變化，提高系統(tǒng)的頻譜效率和能效效率[22]?；贑R 和非正交多址（NOMA,Non Orthogonal Multiple Access）技術(shù)，可以進(jìn)一步研究自適應(yīng)動(dòng)態(tài)多址（ADMA,Adaptive Dynamic Multiple Access）方案，提高星地融合網(wǎng)絡(luò)頻譜資源的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性，最大限度地利用系統(tǒng)頻譜資源。

為了提高星地融合網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的利用率，一種基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)波束方向圖和帶寬分配方案被引入星地融合網(wǎng)絡(luò)[23]，通過(guò)靈活利用頻率資源，高效處理時(shí)變業(yè)務(wù)需求，同時(shí)考慮到動(dòng)作空間的爆炸問(wèn)題，基于多智能體合作的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架可以實(shí)現(xiàn)非均勻時(shí)變的業(yè)務(wù)請(qǐng)求與星地融合網(wǎng)絡(luò)頻譜資源的高效匹配。此外，在基于認(rèn)知無(wú)線電的跳波束和ADMA 技術(shù)下，共同設(shè)計(jì)波束調(diào)度和多址，進(jìn)一步發(fā)展頻譜效率，提高系統(tǒng)接入能力是未來(lái)提高星地融合網(wǎng)絡(luò)頻譜效率的重點(diǎn)關(guān)注和研究方向。

3.2 星地融合網(wǎng)絡(luò)的通感算存導(dǎo)遙融合資源管理

日趨豐富的星地融合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源交疊融合提出了更高的要求。星地融合網(wǎng)絡(luò)中如何有效地分配和調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜和多變的服務(wù)需求是亟待解決的難題。通過(guò)在星地融合網(wǎng)絡(luò)邊緣部署具有通信、感知、計(jì)算、存儲(chǔ)、導(dǎo)航、遙感等多維資源的節(jié)點(diǎn)，研究分布式計(jì)算和路由控制技術(shù)，基于非監(jiān)督學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)通感算存導(dǎo)遙多維資源的動(dòng)態(tài)管控策略，構(gòu)建多維資源融合的網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)星地融合網(wǎng)絡(luò)中通感算存導(dǎo)遙資源的高效利用。

星地融合網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)是否需要中心節(jié)點(diǎn)收集全局信息，通感算存導(dǎo)遙資源的融合管控機(jī)制可以分為集中式和分布式兩種。集中式方法的主要解決方案包括凸優(yōu)化、近似算法、啟發(fā)式算法以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法；分布式方法的主要解決方案包括博弈論、匹配論、拍賣(mài)、聯(lián)邦學(xué)習(xí)以及區(qū)塊鏈。而隨著星地融合網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的快速擴(kuò)大，集中式聯(lián)合管控機(jī)制已無(wú)法適應(yīng)面向6G 的星地融合網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求。因此，研究基于分布式的通感算存導(dǎo)遙資源聯(lián)合管控技術(shù)是未來(lái)重點(diǎn)關(guān)注的研究方向。

通過(guò)構(gòu)建基于多維資源相融合的分布式虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)3C 資源的高效融合以及聯(lián)合分配優(yōu)化。星地融合網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算資源包括星上計(jì)算資源和地面計(jì)算資源，地面網(wǎng)絡(luò)借助于云邊協(xié)同的分布式計(jì)算等方案，具有更強(qiáng)大的計(jì)算能力，但其服務(wù)范圍受限。星上計(jì)算資源服務(wù)范圍更廣，但由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中缺乏部署輕量化的高性能計(jì)算資源組件，其計(jì)算能力相對(duì)較弱。在星地融合網(wǎng)絡(luò)中的存儲(chǔ)和計(jì)算資源輔助通信，存儲(chǔ)和通信資源輔助計(jì)算以及通信和計(jì)算資源輔助存儲(chǔ)場(chǎng)景中，3C 資源的優(yōu)化存在動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性。

針對(duì)星地融合網(wǎng)絡(luò)中通感算存導(dǎo)遙資源的聯(lián)合調(diào)度問(wèn)題，分布式計(jì)算被視為緩解星地網(wǎng)絡(luò)資源緊張的有效方案。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)進(jìn)行編排和調(diào)度，并根據(jù)業(yè)務(wù)屬性，將計(jì)算任務(wù)卸載到多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行并行計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)通感算存導(dǎo)遙資源的按需靈活調(diào)動(dòng)，降低對(duì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的算力資源要求。一種基于協(xié)同緩存的虛擬LEO 星地網(wǎng)絡(luò)中緩存布局和功率分配的聯(lián)合優(yōu)化策略被引入星地融合網(wǎng)絡(luò)[24]，在考慮到計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源計(jì)算梯度的前提下，實(shí)現(xiàn)了分布傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行計(jì)算，并基于蜉蝣算法的智能優(yōu)化算法，在有效提高系統(tǒng)性能的同時(shí)進(jìn)一步降低了功耗。此外，考慮到云、邊緣和本地計(jì)算資源的高效融合，基于分布式深度學(xué)習(xí)的計(jì)算卸載方案可以獲得靈活高效的卸載決策和資源分配結(jié)果[25]。該方案在適應(yīng)時(shí)變的服務(wù)需求的同時(shí)，有效降低了卸載決策和資源分配的系統(tǒng)功耗，有助于實(shí)現(xiàn)星地融合網(wǎng)絡(luò)通感算存導(dǎo)遙多維資源的有效聯(lián)合管控。

4 星地融合策略下的空口傳輸技術(shù)

在面向6G 的星地融合網(wǎng)絡(luò)中，統(tǒng)一的空口協(xié)議棧設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的深度融合、網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)調(diào)調(diào)度的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)終端在波束間及星間切換時(shí)的隨機(jī)接入和全球無(wú)縫覆蓋的重要方式。傳統(tǒng)的組網(wǎng)設(shè)計(jì)中，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)組成相互獨(dú)立，兩者的信道特性有著較大差異，空口標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一?？紤]到星地融合網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)性和非均勻時(shí)變的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)已不能滿(mǎn)足新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的通信需求[26]。如圖5 所示，面向地面接入節(jié)點(diǎn)、關(guān)口節(jié)點(diǎn)等星地接入差異，需要采用統(tǒng)一的管控中心和相互兼容的空中接口，設(shè)計(jì)靈活的星地融合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一空口協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)星地空口兼容，滿(mǎn)足海量終端接入星地融合網(wǎng)絡(luò)需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的靈活適配是未來(lái)空口傳輸技術(shù)的研究重點(diǎn)。

圖5 6G星地融合網(wǎng)絡(luò)下統(tǒng)一空口協(xié)議棧示意圖

4.1 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的空口協(xié)議適配技術(shù)

在面向6G 的星地融合網(wǎng)絡(luò)的背景下，將會(huì)實(shí)現(xiàn)空、天、地、海的泛在連接，其實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵則是在于采用參數(shù)可變的空口配置技術(shù)，以達(dá)到用戶(hù)可靈活自匹配接入的目的[27]。隨著衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面通信網(wǎng)絡(luò)的融合發(fā)展，6G 網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一空中接口已成必然趨勢(shì)，這使得衛(wèi)星通信和地面通信可以采用相同的空口設(shè)計(jì)方案。這種統(tǒng)一的空中接口有助于實(shí)現(xiàn)地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的按需調(diào)度以提供高質(zhì)量的通信服務(wù)[28]。在統(tǒng)一的空口設(shè)計(jì)中需要配置不同的參數(shù)，使得星地融合的同時(shí)能夠適合各自的網(wǎng)絡(luò)特性。這其中的參數(shù)包括波形、編碼和調(diào)制方式、多址接入方式等。

在設(shè)計(jì)新的波形時(shí)，應(yīng)考慮到衛(wèi)星通信與地面通信系統(tǒng)的差異性，衛(wèi)星通信具有時(shí)延大、信道容量小、傳輸功率受限等特點(diǎn)。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，由于射頻信號(hào)需要經(jīng)過(guò)大氣層的傳播，信號(hào)傳輸路徑相對(duì)較長(zhǎng)，導(dǎo)致傳輸時(shí)間增加，從而產(chǎn)生較大的時(shí)延。設(shè)計(jì)的新波形應(yīng)該能夠有效地減少傳輸時(shí)延，以確保實(shí)時(shí)應(yīng)用的順暢進(jìn)行。其次，由于衛(wèi)星頻譜資源有限，而且受干擾影響較大，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道容量通常比地面通信系統(tǒng)低。因此，在設(shè)計(jì)新的波形時(shí)，應(yīng)考慮如何利用有限的頻譜資源來(lái)提供更高的信道容量。此外，由于在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中衛(wèi)星距離地面較遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷較大的衰減。為了保證信號(hào)的可靠接收，需要提供足夠的傳輸功率。然而，衛(wèi)星的功率是有限的，因此新的波形方案應(yīng)充分利用有限的功率資源，實(shí)現(xiàn)更高的功率效率。

根據(jù)ITU NET-2030 重點(diǎn)小組白皮書(shū)，至少在初期階段6G 非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN,Non Terrestrial Network）將由5G NTN 演變而來(lái)[29]。目前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中NR 是以多載波波形循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用（CP-OFDM,Cycle Prefix Orthogonal Frequency Division-multiplexing Modulation）波形為核心，其具有高頻譜效率的特點(diǎn)，且可以與MIMO 技術(shù)結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)容量和頻譜效率[30]。在考慮高頻譜和功率效率或低信號(hào)峰均比的條件下，一種基于離散傅里葉變換擴(kuò)頻正交頻分復(fù)用（DFT-s-OFDM,Discrete Fourier Transform spreading Orthogonal Frequency Division Multiplexing）時(shí)域壓縮擴(kuò)展增強(qiáng)（TD-CE,Time-domain Compression and Expansion）和頻域頻譜整形（FDSS,Frequency-domain Spectral Shaping）的統(tǒng)一非正交波形（uNOW,Unified Nonorthogonal Waveform）在上行覆蓋有限的環(huán)境下表現(xiàn)出了良好的性能，uNOW 同時(shí)將TD-CE 和FDSS 納入考慮，很好地改善了信號(hào)峰均比和吞吐量增益。

鑒于現(xiàn)有全球移動(dòng)用戶(hù)數(shù)量便呈不可抑制的爆發(fā)式增長(zhǎng)趨勢(shì)，在未來(lái)的星地一體融合網(wǎng)絡(luò)下，用戶(hù)數(shù)量將會(huì)更多，終端設(shè)備類(lèi)型更加復(fù)雜。非正交多址技術(shù)憑借相比于傳統(tǒng)正交多址技術(shù)具有的低延時(shí)、高頻譜效率、可支持?jǐn)?shù)量大的特點(diǎn)，將會(huì)成為6G 網(wǎng)絡(luò)多址技術(shù)的基礎(chǔ)或者過(guò)渡[31]。針對(duì)擴(kuò)大星地一體化網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍并提高頻譜效率的需求，通過(guò)智能反射面（IRS,Intelligent Reflecting Surface）輔助上行傳輸方案，地面站通過(guò)非正交多址技術(shù)與衛(wèi)星通信，直接用戶(hù)和阻塞用戶(hù)則各自通過(guò)空分多址和IRS 輔助非正交多址技術(shù)接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)在低復(fù)雜度算法下星地融合網(wǎng)絡(luò)的遍歷和速率最大化[32]。此外，面向6G 的星地融合網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)將AI 引擎融入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，可以有效滿(mǎn)足大規(guī)模用戶(hù)高效、靈活接入并支持星地融合網(wǎng)絡(luò)多元化服務(wù)場(chǎng)景的需求[33]。

同時(shí)，考慮到星地一體化網(wǎng)絡(luò)中包攬不同高度軌道的衛(wèi)星以及其高速移動(dòng)的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)融合網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)調(diào)適配方案時(shí)，統(tǒng)一的空口設(shè)計(jì)需要著重于提升頻譜效率和適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的靈活性，以解決時(shí)頻同步和低時(shí)延快速接入的問(wèn)題。

4.2 6G星地融合網(wǎng)絡(luò)下的統(tǒng)一空口協(xié)議設(shè)計(jì)

面向6G 的星地融合網(wǎng)絡(luò)中，一體化網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)之一是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間的空口協(xié)議不統(tǒng)一問(wèn)題。針對(duì)地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)和衛(wèi)星關(guān)口節(jié)點(diǎn)接入?yún)f(xié)議中存在的差異，需要設(shè)計(jì)靈活統(tǒng)一的終端和空口協(xié)議，通過(guò)無(wú)線接入網(wǎng)（RAN,Radio Access Network）和核心網(wǎng)（CN,Core Network）的有效集成，基于控制網(wǎng)元智能部署技術(shù)和智能移動(dòng)管理技術(shù)可以構(gòu)建統(tǒng)一的控制平面和用戶(hù)平面。由此實(shí)現(xiàn)星地融合網(wǎng)絡(luò)的空口兼容，海量終端的無(wú)縫切換。

在現(xiàn)有的星地融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，CN 與RAN 完全分離且置于地面，這大大增加了往返時(shí)間。從而導(dǎo)致現(xiàn)有的星地融合網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足延遲敏感服務(wù)需求。此外，不同的星地融合網(wǎng)絡(luò)組件使用差異化的空口協(xié)議，這增加了協(xié)議棧的復(fù)雜度。為了滿(mǎn)足6G 數(shù)字孿生、智慧泛在等新型應(yīng)用需求，需要對(duì)網(wǎng)元接口進(jìn)行重構(gòu)，定義新的用戶(hù)平面和數(shù)據(jù)平面接口，并為寬窄帶通信和物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用針對(duì)性地設(shè)計(jì)空中接口各層協(xié)議。

在星地融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，對(duì)網(wǎng)元進(jìn)行虛擬化和軟件化處理技術(shù)的引入使得傳統(tǒng)的地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的融合變得更為靈活和可實(shí)現(xiàn)。通過(guò)高度虛擬化，網(wǎng)絡(luò)功能能夠以軟件的形式部署和管理，這為星地融合網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性提供了新的研究方向。這種新型架構(gòu)的出現(xiàn)，也意味著對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和資源的更為智能化的管理，能夠更加靈活地適應(yīng)不同的通信需求和場(chǎng)景。在現(xiàn)有非地面網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，一種靈活、扁平化的星地融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)被提出[34]。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，通過(guò)對(duì)網(wǎng)元進(jìn)行高度虛擬化和軟件化，重新定義了用戶(hù)與控制平面之間的接口，并將CN 必要的核心功能部署于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，達(dá)到CN 和RAN 有效集成的目標(biāo)，簡(jiǎn)化了信令交互過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了空口的兼容和數(shù)據(jù)的高速傳輸。

在設(shè)計(jì)星地融合網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一空口協(xié)議的過(guò)程中，時(shí)間絕對(duì)同步是實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接入的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。隨著6G 技術(shù)的不斷推進(jìn)，許多新興的垂直行業(yè)應(yīng)用都對(duì)空中接口的授時(shí)精度提出了要求。在考慮星地融合網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星高速移動(dòng)性的前提下，一種基于物理層信號(hào)的空口高精度定時(shí)方法被引入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)[35]。通過(guò)在空口層對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的空口進(jìn)行集成，終端設(shè)備使用相同的物理層協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延無(wú)縫接入。與現(xiàn)有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS,Global Navigation Satellite System）、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（NTP,Network Time Protocol）以及精確時(shí)間協(xié)議（PTP,Precision Time Protocol）等授時(shí)方法相比，該方法以相對(duì)較低的成本實(shí)現(xiàn)了微秒級(jí)授時(shí)精度，有效減少了空口協(xié)議的運(yùn)行耗時(shí)。

面向6G 的星地融合網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)建一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫對(duì)接、滿(mǎn)足海量終端無(wú)縫接入需求的融合網(wǎng)絡(luò)是重要的發(fā)展方向。在這個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)和日益智能化的時(shí)代，構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的管控中心和相互兼容的空中接口，設(shè)計(jì)靈活多變的星地融合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一空口協(xié)議棧，是星地一體化網(wǎng)絡(luò)空口協(xié)議設(shè)計(jì)的關(guān)鍵焦點(diǎn)。這一策略的實(shí)施將不僅為未來(lái)通信技術(shù)的進(jìn)步提供新的思路和方向，更將極大地推動(dòng)6G 時(shí)代全新應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在全場(chǎng)景廣域覆蓋需求的增加，衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面蜂窩系統(tǒng)的深度融合已成為必然趨勢(shì)。面向6G 的星地融合網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)性管理、資源管理和空口協(xié)議研究是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源高效融合的關(guān)鍵攻克方向。針對(duì)LEO 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理問(wèn)題，本文闡述了智能化背景下無(wú)縫波束間和衛(wèi)星間切換策略，并總結(jié)了未來(lái)星地融合網(wǎng)絡(luò)中切換策略的重點(diǎn)關(guān)注和研究方向。此外，考慮到星地融合網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星和地面用戶(hù)移動(dòng)特性的差異，基于現(xiàn)有的多目標(biāo)優(yōu)化的星間切換方案，展示了未來(lái)星地融合網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理的重要方向；針對(duì)星地融合網(wǎng)絡(luò)中的資源管控方案，本文首先闡述了現(xiàn)有通信域多維資源管控策略及存在的問(wèn)題，從而引出未來(lái)發(fā)展方向。其次，闡述了實(shí)現(xiàn)融合網(wǎng)絡(luò)多維資源高效融合的技術(shù)基礎(chǔ)和原理，這些技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展將為星地融合網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步完善和未來(lái)通信技術(shù)的革新發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持；針對(duì)星地融合網(wǎng)絡(luò)星地接入方式之間存在較大差異的問(wèn)題，本文圍繞核心網(wǎng)與無(wú)線接入網(wǎng)有效集成以及統(tǒng)一空口協(xié)議中的時(shí)間同步策略這兩個(gè)核心方面展開(kāi)討論，講述了未來(lái)星地融合網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一空口傳輸機(jī)制的發(fā)展方向。

在面向6G 的星地融合網(wǎng)絡(luò)資源管控技術(shù)中，考慮到衛(wèi)星相對(duì)地面用戶(hù)的高速運(yùn)動(dòng)帶來(lái)頻繁的網(wǎng)絡(luò)切換，波束和衛(wèi)星間切換成為星地融合網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理方案中的關(guān)鍵問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)縫波束間切換，星地融合中網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)計(jì)在不同波束間的數(shù)據(jù)重傳機(jī)制，確保切換過(guò)程中的數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)性和通信質(zhì)量。針對(duì)衛(wèi)星間切換方案，還需要提高衛(wèi)星之間的協(xié)同性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性，以確保移動(dòng)設(shè)備在切換過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)中斷或數(shù)據(jù)丟失。

星地融合網(wǎng)絡(luò)資源管控方案的設(shè)計(jì)是構(gòu)建未來(lái)通信體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及通信域頻譜、波束、時(shí)隙等多維資源管控以及感知、計(jì)算、存儲(chǔ)、導(dǎo)航、遙感等資源的高效融合。在這個(gè)新興的網(wǎng)絡(luò)范式中，資源管控技術(shù)的發(fā)展成為了推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能和效率的關(guān)鍵。通過(guò)跳波束技術(shù)、非穩(wěn)態(tài)MAB、認(rèn)知無(wú)線電、ADMA 等技術(shù)，可以顯著提高星地融合網(wǎng)絡(luò)通信域資源的利用率?；诜潜O(jiān)督學(xué)習(xí)的分布式計(jì)算、路由控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)星地融合網(wǎng)絡(luò)中通感算存導(dǎo)遙資源資源的有效融合，從而達(dá)到有效分配和調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，應(yīng)對(duì)未來(lái)融合網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜和多變的服務(wù)需求。

在現(xiàn)有星地融合網(wǎng)絡(luò)中，星地接入方式之間存在著較大差異，導(dǎo)致整體通信系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的管控中心和相互兼容的空口協(xié)議。這種差異性會(huì)阻礙星地融合網(wǎng)絡(luò)資源的高效協(xié)調(diào)適配，因此需要著重考慮未來(lái)星地融合網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一空口傳輸機(jī)制的設(shè)計(jì)。

符合星地融合網(wǎng)絡(luò)高動(dòng)態(tài)特性的資源聯(lián)合管控方案的實(shí)施將極大地促進(jìn)6G 時(shí)代星地融合網(wǎng)絡(luò)全新應(yīng)用場(chǎng)景的落地與發(fā)展。通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，將為智能交通、遠(yuǎn)程醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實(shí)等更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用提供支持。面向6G 的星地融合網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)將帶來(lái)前所未有的通信能力，推動(dòng)這些領(lǐng)域的技術(shù)革新和發(fā)展。同時(shí)，這也將為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)奠定基礎(chǔ)，提供更為便捷、高效的通信支持。因此，這些研究方向的深入不僅對(duì)通信技術(shù)本身有所推動(dòng)，更將對(duì)整個(gè)社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，開(kāi)啟一個(gè)嶄新的天地一體化時(shí)代。