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卫星互联网承载网技术白皮书

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卫星互联网承载网技术白皮书

版权声明 本白皮书版权属于紫金山实验室及其合作单位所有并受法律保护,任何个人或是组织在转载、摘编或以其他方式引用本白皮书中的文字、数据、图片或者观点时,应注明“来源:紫金山实验室等”。否则将可能违反中国有关知识产权的相关法律和法规,对此紫金山实验室有权追究侵权者的相关法律责任。 编写说明 主要编写单位: 紫金山实验室北京邮电大学 主要编写人员: 刘韵洁、黄韬、刘江、潘恬、张然、王颖、郑宇冰、孙士然 前言 随着5G、人工智能、空天地一体化等新一代信息技术的迅猛发展,全球数字化进程加速推进,卫星互联网作为实现全域无缝覆盖、支撑数字边疆守护与全球互联互通的关键基础设施,其战略地位日益凸显。与此同时,碳达峰、碳中和战略下绿色低碳发展的要求,以及国家重大战略对通信韧性、产业升级的需求,为卫星互联网技术创新与产业演进提出了更高标准。因此,如何突破轨道/频谱资源约束、空间环境干扰等特殊难题,构建高效、可靠、智能的卫星互联网承载体系,成为推动卫星互联网高质量发展的核心挑战。 传统卫星通信网络存在覆盖局限、资源利用率低、星地协同不足等问题,难以满足全域通信、应急保障、产业赋能等多元化需求。卫星互联网承载网作为连接卫星星座与地面终端的“太空信息高速公路”,通过星间/星地链路技术、动态路由与交换技术等关键技术创新,实现了数据的高效传输与交互,为破解传统网络瓶颈提供了系统性解决方案。 本白皮书首先系统梳理了卫星互联网承载网的发展背景与需求愿景,涵盖国家重大战略、产业经济升级、人民服务保障及全球科技竞争等维度;其次详细阐述了通信增强、应急保障、产业赋能、科学研究等典型应用场景,并深入剖析了集中式、分布式、混合式三种卫星互联网承载网体系架构及星间/星地链路、路由、交换等七大关键技术;同时,本白皮书分析了全球主要卫星互联网的产业现状与标准 化进展,探讨了轨道/频谱资源紧张、空间环境复杂等特殊问题及应对策略,最后对未来发展方向进行了总结与展望。 本白皮书期望为业界提供对卫星互联网承载网的全面认知,促进技术交流与创新协作,推动相关技术在国防安全、应急通信、智慧农业等领域的广泛应用,助力我国卫星互联网产业从“技术并跑”迈向“体系领跑”,为构建空天地一体化信息基础设施、支撑数字中国建设提供有力支撑。 目录 前言......................................................................................................I目录...................................................................................................III 1.1国家重大战略需求......................................................................11.2产业驱动经济升级......................................................................21.3人民服务需求..............................................................................21.4世界科技引领..............................................................................3 三、卫星互联网承载网体系架构............................................................5 4.7仿真与验证技术........................................................................34五、卫星互联网应用场景.......................................................................385.1通信增强类应用场景................................................................385.2应急保障类应用场景................................................................415.3产业赋能类应用场景................................................................445.4科学研究类应用场景................................................................47六、卫星互联网承载网产业现状及趋势..............................................506.1Starlink进展...............................................................................506.2OneWeb进展..............................................................................516.3AmazonKuiper进展..................................................................526.4星网进展....................................................................................536.5垣信进展....................................................................................54七、卫星互联网承载网标准化现状......................................................567.13GPP进展..................................................................................567.2IETF进展...................................................................................587.3ITU进展.....................................................................................597.4CCSA进展.................................................................................61八、卫星互联网特殊问题剖析..............................................................638.1轨道/频谱资源紧张导致承载网容量瓶颈..............................638.2空间环境复杂导致承载网链路可靠性下降...........................648.3卫星互联网安全风险的承载网级联效应...............................658.4星地融合难题对承载网端到端QoS的挑战..........................66 九、总结与展望.......................................................................................68附录A:术语与缩略语...........................................................................70参考文献...................................................................................................73 一、需求与愿景 本白皮书创新性提出卫星互联网承载网这一前沿概念。卫星互联网承载网是连接卫星与地面终端,实现数据高效传输与交互的关键网络架构,如同信息高速公路一般,确保卫星互联网中的各类信息能够快速、稳定地流通。具体而言,本章从国家战略需求、产业发展驱动、人民生活需求以及世界科技发展趋势入手,深入分析卫星互联网承载网在各领域的重要作用与发展契机。 1.1国家重大战略需求 随着我国综合国力的不断提升,在经济、安全、外交等多领域对信息技术的依赖程度日益加深,数字化转型成为国家发展的核心任务之一。卫星互联网承载网作为新一代信息技术的重要基础设施,其重要性日益显著,我国也在大力推动卫星互联网承载网基础设施的建设和布局。国家对卫星互联网承载网的战略需求聚焦于数字边疆守护、应急通信保障及“一带一路”互联互通三大场景。在数字边疆守护中,我国通过天基与地面融合网络实现边境地区通信覆盖,如新疆34个边境县城5G和千兆光网覆盖、西藏阿里地区中星16号高通量卫星提供20Gbps通信容量,构筑“数字国界”的天基防线。应急通信保障方面,卫星互联网承载网在灾害中发挥关键作用,2024年甘肃积石山地震中,通过便携站部署与星上资源调度,保障了72小时黄金 救援期的指挥链路畅通。“一带一路”建设中,承载网为沿线国家提供跨境电商、远程医疗等服务支撑,促进区域信息共享与经济联动。 1.2产业驱动经济升级 卫星互联网承载网正以“空天地一体化”架构重构产业生态,深度融入国家“东数西算”与“算网能一体化”战略布局。通过卫星制造、火箭发射、激光通信等核心技术的跨域协同,天基节点正成为绿色算力网络的空间支点,驱动海洋经济、跨境贸易等产业向智能化、低碳化跃迁,为区域经济联动注入新动能。产业链协同推动卫星制造与火箭技术突破,如蓝箭航天完成火箭垂直起降回收验证,银河航天发射48Gbps低轨宽带通信卫星,构建星地融合5G试验网络。海洋经济领域,海卫通以“卫星+5G+AI”构建船岸云平台,提升船舶智能化水平。青岛“星海互联”项目建设低轨卫星互联网海洋数据枢纽,推动海洋产业升级。跨境经济中,低轨卫星互联网改善“一带一路”国家通信条件,洲际航天与阿拉伯信息通讯组织合作的6000颗卫星星座计划,将实现手机直连卫星大规模商用,弥合数字鸿沟。 1.3人民服务需求 卫星互联网承载网正突破传统地面网络覆盖极限,将数字服务延伸至山川、海洋、荒漠等物理空间末梢,在乡村振兴、民生应急、大众消费三大领域重塑服务可及性。乡村振兴中,卫星互联网承载网赋能智慧农业,新疆棉田通过智能灌溉系统节水30%、增产15%。云 南偏远山村电商销售额增长200%,农民收入显著提升。生态环保领域,承载网支撑三江源国家公园生态监测、长江经济带水污染防控,实现全域动态监管。大众消费场景中,无人机配送时效提升50%,低空旅游与户外探险通过卫星通信保障安全,遇险救援响应时间缩至15分钟内。 1.4世界科技引领 卫星互联网承载网正成为大国科技博弈的制高点。据国际电信联盟(ITU)预测,2028年全球天基网络市场规模将突破4200亿美元,而核心技术标准主导权将决定未来产业生态格局。我国在星地协同协议架构中占据主导地位,3GPPRelease-19吸纳“星间协同Xn接口增强方案”,IETF《天基网络切片标识符草案