專題：基于軟件定義的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

內(nèi)容導(dǎo)讀

近年來，隨著低軌衛(wèi)星商業(yè)計(jì)劃的相繼落地、高空平臺(tái)的逐漸普及、地面移動(dòng)通信技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)，空天地網(wǎng)絡(luò)融合已成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前，發(fā)展空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)已成為6G的共識(shí)，技術(shù)融合需要在5G時(shí)代起步實(shí)踐，在6G時(shí)代全面實(shí)現(xiàn)。我國也將其作為重大使命納入“新基建”范疇。空天地一體化網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)，其中網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與組網(wǎng)、資源管控、協(xié)作傳輸、頻譜共享、多址接入、邊緣計(jì)算、安全策略等大量關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)與工程設(shè)計(jì)問題亟需研究并解決。

鑒于上述情況，為了更好地將我國空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)體系的最新研究成果介紹給讀者，進(jìn)一步滿足實(shí)際國情和空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)體系發(fā)展需求，我們組織了本專題。

考慮到空天地一體化網(wǎng)絡(luò)融合、實(shí)現(xiàn)全域泛在通信的趨勢(shì)，《智簡空天地一體化網(wǎng)絡(luò)》提出了一種基于智簡系統(tǒng)與軟件定義網(wǎng)絡(luò)融合的智簡空天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。以軟件定義網(wǎng)絡(luò)作為底層支持，基于人工智能方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息的獲取、表達(dá)、組織、交互，克服了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒙酚伞①Y源管控等難題，實(shí)現(xiàn)從軟件定義網(wǎng)絡(luò)到智簡網(wǎng)絡(luò)的范式跨越。

針對(duì)天地一體化網(wǎng)絡(luò)的安全問題，《軟件定義星地融合網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全體系架構(gòu)》提出了一種基于軟件定義的STIN內(nèi)生安全系統(tǒng)架構(gòu)。根據(jù)安全即服務(wù)的設(shè)計(jì)理念，從架構(gòu)設(shè)計(jì)需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，并對(duì)星地融合網(wǎng)絡(luò)安全問題需要解決的關(guān)鍵技術(shù)及面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入探討。

針對(duì)近年來興起的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星載邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，《衛(wèi)星協(xié)同的天地一體化邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)》概述了學(xué)術(shù)界現(xiàn)有的多種天地一體化邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及計(jì)算卸載技術(shù)，并提出衛(wèi)星協(xié)同的天地一體化邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括衛(wèi)星邊緣計(jì)算的硬件平臺(tái)架構(gòu)、基于資源感知的衛(wèi)星邊緣計(jì)算管控架構(gòu)、天地一體化邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)協(xié)同機(jī)制。《低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星載邊緣計(jì)算卸載策略》概述了產(chǎn)業(yè)界的星載邊緣計(jì)算項(xiàng)目現(xiàn)狀及相關(guān)學(xué)術(shù)研究工作，并提出3種低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的應(yīng)用場景，最后提出以負(fù)載均衡及系統(tǒng)流量開銷為優(yōu)化目標(biāo)的多星計(jì)算卸載模型，并將衛(wèi)星能耗及計(jì)算能力考慮在內(nèi)。

針對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由架構(gòu)及協(xié)議設(shè)計(jì)，《一種適合GEO衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的路由架構(gòu)及協(xié)議設(shè)計(jì)》面向星載硬件平臺(tái)處理能力受限的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種星地隔離的路由架構(gòu)，其中，星上運(yùn)行OSPF路由協(xié)議，地面終端運(yùn)行RIP路由協(xié)議，降低了星上協(xié)議處理壓力。基于此，設(shè)計(jì)了星上OSPF路由計(jì)算優(yōu)化方法和終端RIP路由信息跨星洪泛機(jī)制。

針對(duì)空天地融合網(wǎng)絡(luò)的中繼緩存問題，《基于深度學(xué)習(xí)的空天地緩存中繼網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估方法》應(yīng)用高空平臺(tái)作為中繼協(xié)同傳輸衛(wèi)星信號(hào)，提出了兩種中繼緩存方案，用于降低用戶端傳輸時(shí)延并滿足高頻譜利用效率的要求。在此基礎(chǔ)上，提出基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)中斷概率預(yù)測方法。

為克服非正交多址接入技術(shù)的用戶檢測復(fù)雜度問題，《基于加權(quán)分組串行調(diào)度改進(jìn)的MPA算法》將串行MPA算法與并行MPA算法結(jié)合，聯(lián)合考慮迭代次數(shù)、碼本大小、行重因子，加快收斂速度。仿真表明，該算法在誤碼性能和復(fù)雜度上可以實(shí)現(xiàn)比較好的平衡，通過犧牲少量誤碼性能來進(jìn)一步降低算法的復(fù)雜度，為非正交多址接入技術(shù)的應(yīng)用提供了借鑒。

綜上所述，本專題涵蓋空天地一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)分析和關(guān)鍵技術(shù)解決方案等多個(gè)方面，希望能夠?yàn)閺V大讀者了解和研究空天地一體化網(wǎng)絡(luò)提供有益的啟示和參考，共同搭建起開放的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)，促進(jìn)我國空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。最后，感謝編輯部各位老師在征稿通知發(fā)布、論文評(píng)審與意見匯總、論文定稿、編輯修改及出版所付出的努力和汗水；感謝專題評(píng)審專家及時(shí)、耐心、細(xì)致的評(píng)審工作；衷心感謝各位作者的辛勤工作和精心撰稿!