【空天地海一体化网络】2025年第10期专题论文汇总

【摘 要】多层卫星网络作为下一代空间信息基础设施的重要发展方向，通过LEO-MEO异构星座的协同工作，能够实现全球范围内的无缝覆盖和高质量通信服务。然而，多层卫星网络中卫星高速运动导致路径频繁切换，进而导致丢包、路由重计算和信令开销放大等问题。针对以上不足，面向LEO-MEO异构星座，提出了一种基于粒子群优化的动态权重路由算法。该算法将时延、链路稳定性和MEO偏好三项权重系数作为优化变量，通过粒子群优化算法实现权重系数组合的自适应搜索。各卫星节点基于统一的权重系数参数执行分布式路由决策，在保证时延性能的同时提升路径稳定性。仿真分析表明，与多种固定权重系数方案相比，该算法在保持平均时延良好的同时，路径切换率总体降低43.6%～61.5%，丢包率降低2.1%～15.5%，有效提升了多层卫星网络的数据传输可靠性。

【关键词】多层卫星网络；粒子群优化；动态权重路由；路径切换；卫星互联网

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黄晨1，陈伊捷2，李大鹏2

【摘 要】为无人机辅助通信设计高效的路由协议面临诸多挑战，包括无人机网络拓扑结构快速变化、电池容量受限以及网络条件动态波动等。现有的基于Q学习的路由协议能够较好地应对这些问题，但仍存在价值函数过度估计的问题，且大多采用固定的Q学习参数，缺乏对动态环境的适应性。针对上述问题，提出一种基于链路质量和延迟的Q学习路由协议，并引入双Q学习框架和经验回放机制，以提高路由决策的稳定性和网络通信性能。实验结果表明，与现有高性能Q学习路由方案相比，所提出的协议在包投递率和时延控制等性能指标上均取得了显著提升。

【关键词】无人机自组网；路由协议；双Q学习；经验回放机制

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牛喆，杨辉，姚秋彦，张杰

【摘 要】随着空天地海一体化网络架构的逐步完善，在超低轨道部署星座转发高分辨率遥感任务已经成为重要趋势，高性能的多路径路由方案可以实现数据的高效转发。然而，同时确定所有业务的多路径转发的数据量分配比例对于大规模星座非常困难。基于此，提出了基于单调值函数分解（QMIX）强化学习的大规模超低轨星座多路径路由（LVMR）。在每个时隙中，不同区域对的业务通过不同智能体求解各路径对应的数据量传输比例，同时采用值函数分解策略更好地拟合单个智能体回报和全局回报的关系。相比注水算法，LVMR可以降低全网业务平均时延约17.08%，有效验证了QMIX强化学习在超低轨星座多路径路由中应用的可行性和有效性。

【关键词】大规模超低轨星座；遥感业务；低时延传输；多路径路由

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梁恩赐

【关键词】高轨卫星；卫星通信；LSTM；拥塞；误码

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陈美漪，闫一婷，孙耀华，彭木根

【摘 要】时间同步是手机直连低轨卫星通信的关键技术难题之一。针对该场景下存在的大传播时延与快时延变化问题，提出一种基于参考点分组的上行定时提前矫正方案。该方案结合开环和闭环补偿机制，通过参考点跟踪时序漂移，优化定时提前更新，实现同步维持。该方案无需终端具有GNSS能力，且可兼容非地面网络（NTN）体制。仿真结果表明，终端失步率可以控制在1%以内，验证了该方案在低轨动态场景下的有效性。

【关键词】手机直连低轨卫星；时间同步；同步维持

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汤媛媛1，王珂1，亢衡2，蒯小燕3，林文亮2，邓中亮2

【摘 要】空天地一体化网络作为6G的核心组成部分，通过融合卫星、空中平台与地面网络实现全球无缝覆盖。在星上功率和通信带宽受限条件下，低轨星座在多波束覆盖基础上，采用跳波束技术逐渐成为业内共识。相较于地面基站，卫星可利用数字成形的窄波束提供良好的空间分集能力，支持同频复用。因此，如何在跳波束系统中建立用户服务质量需求与时、频、空、波束域资源之间的联系，形成高效的资源调度方案是工业界和学术界共同关注的问题。文章在学界的研究基础上，重点考虑用户的非均匀分布、空天地网络异构，移动通信系统向Ku/Ka高频段演进等复杂场景。针对该背景下系统内、系统间及星地干扰并存的特性，分析了频谱环境的动态性与复杂性，以及由此带来的跳波束系统资源分配挑战，并从调度方案、分配算法和优化内容三个方面展开深入研究。最后，在此基础上提出跳波束技术未来发展方向和研究重点。

【关键词】空天地一体化；跳波束；低轨卫星；调度算法

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何善琪1，罗志勇1，贺智敏2

【摘 要】近年来，低轨卫星（LEO）网络逐步向“通信+计算”的新架构转型。考虑到LEO卫星算力资源的异构性和有限性，如何实现对异构算力资源的有效调度成为了当前的研究热点。提出了一种基于星算网络（Computing-satellite Networks）架构的算力调度系统，通过定义算力节点的负载模型，实现对算力资源的统一管理。基于该调度系统构建了多目标联合优化的算力调度问题，并采用分层智能算法进行求解。仿真实验研究了算力负载与均衡程度对用户服务质量（QoS）的影响，结果证明了所提方法在高负载非均衡场景下的有效性。

【关键词】星算网络；LEO卫星网络；算力网络；算力调度；负载均衡

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胡鹏辉，王健

【摘 要】卫星边缘计算（SEC）可为偏远地区、海上和高空提供实时计算服务。为衡量任务处理的新鲜程度，引入星上边缘计算的信息年龄（AoI）指标。针对具有AoI约束的动态到达的任务，如何在星上动态分配具有不同功耗的计算资源，以解决最小化系统能耗的问题。首先建立了考虑AoI约束和任务堆积的排队模型，然后通过李雅普诺夫优化理论，将长期时间平均最小化功耗问题转化为每个时隙上最小化队列漂移加能耗惩罚，并提出了对应的算法。通过理论分析及仿真结果表明，该算法实现了功耗性能与含AoI约束的队列积压之间的(O(1/V), O(V))权衡，为卫星边缘计算的高效运行提供支持。

【关键词】星上边缘计算；信息年龄；能量消耗；李雅普诺夫优化；漂移加惩罚；动态调度

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方启妍，罗志勇

【摘 要】随着卫星互联网的快速发展，近年来已有大量低轨卫星被部署于对地观测任务中，用于采集包括遥感图像在内的海量数据，为城市规划、土地监控等应用提供重要信息支持与决策依据。传统方法通常将海量数据统一回传至地面服务器进行集中式训练，但该方式面临着传输带宽受限、隐私泄露风险以及性能下降等问题。卫星联邦学习（FL）作为一种分布式机器学习范式，能够有效缓解上述挑战。为此，提出一种基于星间链路的多层卫星联邦学习策略。该策略通过在每个卫星轨道上选取最佳汇聚节点，负责星地之间的模型数据传输，缓解因“星地连接窗口期”限制而导致的模型收敛速度缓慢的问题；同时，引用一种增量稀疏聚合机制，对卫星联邦学习过程中的数据传输量进行大幅压缩，显著提升通信效率；此外，通过构建“卫星节点-最佳汇聚节点-地面服务器”的三层联邦学习结构，进一步优化系统整体性能。实验结果显示，该方法能够将卫星联邦学习的收敛时间缩短13.33%，将模型参数由100%压缩至2.28%，并稳定准确率指标。

【关键词】卫星联邦学习；低轨卫星网络；星间链路

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周妍1，郭宗焕1，麻涵1，王鹏2，李红艳1

【摘 要】随着面向空天地海一体化网络技术多维协同的发展，场景对业务数据安全性、隔离性、实时可靠性需求日益增长，如何在低轨卫星动态拓扑环境中构建稳定的用于业务逻辑隔离的虚拟专用通信网络，已经成为亟待解决的问题。基于现有路由方法实现L3VPN网络迁移易引发链路资源冲突，难以为业务提供持续稳定的VPN服务。面向星地融合场景，提出了一种基于预测拓扑的SRv6 L3VPN网络快速迁移方法。该方法在分布式业务路由构建阶段基于入口网关节点间非协同竞争现象，构建冲突感知路径代价函数，将迁移后的路径决策问题建模为成熟的混合整数规划问题，有效避免了路径冲突。通过仿真分析表明，相比于现有方法，所提方法将网络迁移时延降低了80%以上。

【关键词】低轨卫星网络；VPN网络迁移；路由策略；预测拓扑

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吕政威，肖丽霞，姚壮，周家喜

【摘 要】天地一体化网络作为未来6G通信的关键技术之一，在实现全球覆盖的同时，其接入认证机制面临安全性与效率的双重挑战。现有认证方案普遍存在证书管理复杂、安全性不足及可扩展性差等问题。针对上述难点，提出了一种基于无证书加密与临时密钥机制的两阶段接入认证方案。该方案利用星间信息传递，显著优化了星间切换流程，通过融合部分私钥与临时私钥，不仅实现了前向保密性，而且还有效简化了证书管理流程。仿真结果表明，所提方案在安全性和服务质量方面都优于现有方案。

【关键词】天地一体化网络；无证书加密；安全通信

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<封面文章>

章凌凡1，李坤江2，杨睿2，程日涛1，曹天洋1

【摘 要】随着卫星互联网技术的飞速发展，广播与通信的技术融合已成为未来网络演进的重要方向。卫星广播与通信网络凭借其广域覆盖、应急通信和偏远地区接入的独特优势，在公共安全、灾害预警、车联网及物联网等新兴应用场景中，对“广播+通信”融合服务的需求正变得日益迫切。基于3GPP NTN的协议标准，创新性地设计了三种“广播+通信”的卫星网络融合架构。研究的核心在于将传统卫星广播电视业务、CMAS（商业移动警报系统）以及MBS（多播/广播服务）与卫星通信网络进行深度融合，旨在打破传统卫星广播与通信的技术壁垒，实现卫星双向通信与广播分发的一体化服务。探索满足新兴应用需求的技术路径，对提升卫星系统的整体应用效能具有深远的理论价值和现实意义。

【关键词】广播与通信；卫星互联网；商业移动警报系统；多播/广播服务

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王彦曈，张欣欣，刘宜明，张治

【摘 要】在火灾和地震等灾害场景中，由无人机等平台构成的空中应急通信系统应具备高可靠、低冗余的文本传输能力。语义通信作为一种新兴的通信范式，借助人工智能技术提取文本中的关键信息以降低冗余，并在恶劣信道条件下仍有良好的语义重构能力，为实现这一需求提供了新的技术路径。面向无人机网络场景，首先分析了文本语义传输的特点及需求，包括动态信道自适应、语义模型轻量化、语义重构一致性、语义优先级评估等，并总结了现有的研究方案及不足。其次，针对上行文本指令下发与下行态势数据回传这两类典型业务，设计了面向上行链路的单模态文本语义传输架构，以及面向下行链路的多模态语义传输及融合架构。再次，在所提语义传输架构基础上，提出了一种面向无人机网络的文本语义适变传输策略，引入多头注意力机制以捕捉长距离语义依赖，并采用最小化交叉熵与最大化互信息的联合优化策略，实现了在动态信道条件下的文本语义可靠传输。仿真结果表明，在信噪比（SNR）为0~5 dB时，所提方案的BLEU-4得分远高于传统Huffman+LDPC的分离式信源信道编码传输方案；在SNR为5~10 dB时，性能进一步提升，表明了所提文本语义传输方案在不同信道环境下均具有良好的的自适应性和语义重构能力。

【关键词】无人机网络；语义通信；文本传输；联合信源信道编码

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<封面文章>

代玥玥1，辛鑫2，赵薏皓3，刘畅通2，卢云龙4，朱容波5，许都2

【摘 要】随着第六代移动通信（6G）的发展，构建具备广域覆盖能力与灵活调度机制的立体化通信网络正逐渐成为当今发展重点。空天地一体化通信网络（SAGIN）融合卫星系统、高空平台与地面设施，具备多层异构协同与泛在连接能力，在应对偏远地区覆盖、应急响应等方面展现出显著优势。然而，该网络因拓扑动态、资源异构和跨域集成等特性，面临身份认证、信任传递和数据保护等方面的复杂安全挑战。围绕上述安全问题展开研究，首先分析其结构特性与安全需求，其次系统梳理了认证机制、信任管理、加密保护等关键技术路径的研究进展，并补充对不同轻量级认证协议在SAGIN典型场景下的适配性对比验证，随后总结了典型应用场景中的安全部署实践，最后提出了未来的融合型安全体系演进方向，为构建可信、高效的空天地一体化通信网络提供了参考。

【关键词】空天地一体化网络；网络安全；分布式认证；边缘计算；区块链

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张韩，丁晓进，张更新

【摘 要】针对手机直连卫星场景中星地网络共享频谱中的同频干扰问题，提出了基于多维资源联合调度的干扰管理分配方法。首先，对场景进行了建模，分析了所建模场景中遭受的同频干扰情况；然后建立了以用户平均信噪比为目标，用户通信频率、选星以及发射功率为变量的优化问题，并针对性设计了基于深度强化学习的多维资源联合调度方法，获得较优的优化变量；最后还分析了所设计方法的中断概率性能，推导了闭式表达式。仿真实验结果表明，相比于非联合多维资源调度方案，所设计的多维资源联合调度方案可有效提高用户的平均信噪比，并取得较低的中断概率。

【关键词】手机直连；共享频谱；同频干扰管理；资源调度；强化学习返回搜狐，查看更多