卫星互联网组网理论与关键技术专题

王江舟; 李建东; 周笛

doi:10.1016/j.eng.2025.09.017

工程（英文） ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (11) : 1 -2. DOI: 10.1016/j.eng.2025.09.017

主编寄语

卫星互联网组网理论与关键技术专题

王江舟 ^a ,
李建东 ^b ,
周笛 ^b

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Theory and Key Technologies in Space Internet Networking

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随着卫星星座项目（如SpaceX）的快速发展以及第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project, 3GPP）非地面网络（non-terrestrial networks, NTN）的标准化，卫星互联网网络（satellite Internet networking, SIN）已成为未来通信系统的基石。人们对无缝连接、可靠基础设施和智能网络服务的需求比以往任何时候都更为迫切，这些需求涵盖了从全球宽带接入到应急响应，以及空天一体化等多个领域。为了满足这些需求，不仅星座设计和通信技术需要不断创新，计算、人工智能（artificial intelligence, AI）以及系统韧性方面也需要取得重要突破。基于这一背景，本期专题汇聚了 14 篇论文（包括观点述评、综述文章及研究论文）共同探讨了卫星互联网网络的智能化、适应性及战略部署，为即将到来的第六代（sixth-generation, 6G）卫星互联网革命提供了重要见解。

首先是“观点述评”论文，这些研究成果聚焦于当前卫星互联网网络中的前沿思路和新兴技术方向。核心主题之一是AI计算技术与空地一体化网络的融合。在《面向6G边缘智能的天地流体AI》一文中，陈倩等提出流体AI，作为一种能够在高度移动和异构的卫星互联网环境中动态支持学习、推理和模型下载的方案。该研究为未来的星座系统提供了视角，卫星将在分布式边缘智能中发挥重要作用。与此方向相辅相成，刘垚圻等在《天基计算——现状、挑战与机遇》一文中讨论了在轨高性能计算部署的可行性。通过分析商业现货设备、热控和可靠性挑战，作者强调了计算基础设施在应对下一代卫星互联网网络日益增长的数据处理需求方面的重要性。基于这些基础，匡麟玲等提出了《空间算力网络——基础与关键技术》，为将通信与计算资源融合成统一网络提供了架构设想，强调了面向任务的通信解决方案和鲁棒优化，这对应对动态空间环境中的不确定性至关重要。综合来看，这3篇论文阐释了卫星互联网网络不仅作为通信基础设施，也作为全球计算平台的未来图景。

除了计算与人工智能，另一组“观点述评”论文聚焦于卫星通信（satellite communication, SatCom）的发展及其在移动服务中的作用。在《面向2030及未来的5G/6G卫星通信系统演进》一文中，苑阿芳等提供了卫星通信在国际标准中的发展路径，并概述了其如何融入5G/6G架构。随后，王闻今等在《通向移动卫星互联网之路——星地无线传输的基础制约与使能技术》一文中分析了无线链路的物理制约，同时探讨了天线技术、移动性管理和多卫星协同传输方面的突破。综合来看，这些研究呈现出一个清晰的前景：卫星通信正从传统的支持性基础设施转变为全球无缝连接的重要推动力。最后，研究视角进一步扩展，关注社会需求。在《空天地一体化应急通信网的关键挑战与研究方向》中，徐波等展示了如何通过空天地一体化网络技术解决灾难场景中的紧急通信需求，包括快速部署、环境建模和动态资源分配等方面。这些文章强调了卫星互联网网络应不仅关注数据速率和容量，还应重视韧性以及在关键时刻为人类提供支持的能力。

综述性论文为当前技术状态和未来方向提供了结构化的洞察。在《面向6G的非地面组网——演进、机遇与未来方向》一文中，王丰等探讨了NTN网络技术，着重研究了接入管理、服务交付、切换和波束成形等方面。他们的分析揭示了波束跟踪和服务连续性等未解问题，并指明了未来研究方向。与之相辅，陈诺等在《6G星地融合网络的网络层视角研究综述》一文中，讨论了网络层机制（包括拓扑维护、路由和协调），并分析了框架、平台及数据集等支持工具。综合来看，这些综述性论文将战略演进与技术基础连接，为愿景与实施之间架起了桥梁。

研究论文深入探讨了环境鲁棒性等主题，并提出了创新的技术解决方案。在《空间环境效应对大规模卫星星座的影响——从节点、链路到网络性能》一文中，盛敏等定量分析了辐射、太阳活动及轨道参数如何影响卫星和网络的性能。通过将物理空间环境效应与系统级吞吐量相结合，为设计韧性星座提供了重要指导。在星座设计方面，孙仪静等的《超密集低轨算力卫星星座设计》研究表明，通过精心设计星座，可以在减少卫星数量的同时提高覆盖范围和计算能力，凸显了下一代网络规划中的权衡与取舍。

第二组研究论文聚焦于自适应学习算法和资源的高效利用。在《SatFed——一种资源高效的低轨卫星辅助异构联邦学习框架》一文中，张宇昕等提出了基于新鲜度的模型优先级和多图建模等机制，以确保在带宽受限的情况下实现公平性和系统鲁棒性。同样，在《星地融合网络动态QoS保障——一种基于在线学习的资源调度方案》一文中，秦小寒等提出了一种基于在线学习的资源调度方案，在确保服务质量的同时平衡了预测精度与适应性。这些研究展示了机器学习技术如何与网络设计紧密结合，从而实现网络的高效、可靠运行。

最后，还有一些研究成果聚焦于智能与协作卫星系统。在《基于学习的匹配博弈在意图驱动的任务导向型网络中的任务调度与资源协同》一文中，黄姣蕊等提出了一种框架，利用上下文感知学习来应对动态任务到达中的不确定性，从而开启了意图驱动网络的新范式。为进一步拓展这一愿景，范广腾等提出了《面向智能星群的星联网研究——应用、方法及挑战》，他们将卫星集群设想为一个协作网络，推动网络的自治、智能化和服务定制化。这些研究突出了卫星从被动中继转变为未来网络中主动智能体的重要变革。

总结来说，本期专题展示了卫星互联网网络从传统通信基础设施向智能、自适应和高韧性网络演变的过程。从流体AI和空间计算的创新理念，到对NTN和星地融合网络（satellite-terrestrial integrated network, STIN）技术的系统综述，再到应对环境挑战、自适应算法和智能集群的研究成果，所收录的论文揭示了一个快速发展的、高度互联的技术格局。展望未来，SIN将成为全球互联社会的核心支柱：促进地球与太空之间的实时协作，在危机时刻保障通信的韧性，并推动新的服务，无缝地将连接性与智能融合。我们希望本期专题不仅能够为研究和从业人员提供重要信息，也能激励他们进一步拓展SIN的边界，并将其塑造为6G时代及未来通信的基础性支柱。