中國聯通：空天地一體化通信網絡白皮書(30頁).pdf

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1、 中國聯通 空天地一體化通信網絡白皮書 中國聯通中國聯通 2020 年年 6 月月 目錄 1 空天地一體化通信網絡概述 . 3 2 非地面網絡與地面移動網絡相互賦能. 5 2.1 衛星網絡 . 5 2.2 HAPS/HIBS 網絡 . 7 2.3 非地面網絡與地面移動網絡相互賦能 . 8 3 MEC 與區塊鏈在空天地一體化通信網絡中的應用 . 10 3.1 空天地一體化組網與 MEC 相互賦能 . 10 3.2 基于 MEC 的衛星與地面網絡融合組網架構 . 12 3.2.1 地面 MEC 融合組網架構 . 12 3.2.2 星上 MEC 融合組網架構 . 14 3.2.3 機載 MEC 融合

2、組網架構 . 15 3.2.4 船載 MEC 融合組網架構 . 16 3.2.5 區塊鏈+MEC 融合組網架構 . 17 4 空天地一體化通信網絡典型應用場景. 17 4.1 大時空尺度確定性業務 . 17 4.2 泛在接入 . 19 4.3 海洋與空間立體通信 . 20 4.4 業務增強與優化 . 21 5 中國聯通空天地一體化網絡發展挑戰與推進計劃 . 25 5.1 挑戰 . 25 5.1.1 網絡結構 . 25 5.1.2 通信設施與設備 . 25 5.1.3 空口與網絡管理技術 . 25 5.2 空天地一體化通信網絡發展建議 . 26 5.3 中國聯通空天地一體化通信網絡推進計劃 .

3、27 5.3.1 中國聯通空天地一體化通信網絡愿景 . 27 5.3.2 推進計劃及工作進展 . 28 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 1 空天地一體化通信網絡空天地一體化通信網絡概述概述 互聯網流量的爆炸式增長、海量終端的接入需求，以及工業控制、遠程醫療 對時延和可靠性的高要求， 催生了 5G 通信技術， 也將通信能力從移動性、 時延、 用戶感知速率、峰值速率、連接數密度、流量密度、能源效率等七個方面帶來了 質的飛躍。在全球 5G 如火如荼地發展的同時，6G 也悄然來臨。6G 的驅動力來 源于商業需求和社會需求，涉及政治、經濟、法律、環境、教育、醫療等多個方 面，促使 6G 在更復雜多樣

4、的應用場景中，提供更極致的性能體驗。 未來 6G 移動通信系統的特點將是智聯萬物。6G 網絡將突破地形地表的限 制，擴展到太空、空中、陸地、海洋等自然空間，真正實現全球全域的“泛在連 接” 。并通過多種接入方式的協同傳輸、對多個系統資源的統一管理，提高整體 資源的利用效率。 6G 將為人類和萬物提供情景感知的智能服務。6G 的服務對象將從人類、機 器、 物體擴展至虛擬世界， 實現實際物理世界與虛擬世界的連接與協作， 利用 AI 技術感知用戶需求，提升用戶體驗，形成認知增強與決策演進的智能網絡，滿足 人類精神與物質的全方位需求。 6G 網絡的極致性能體驗，一方面迫切需要新的無線關鍵技術，采用新型

5、編 碼技術、超大規模天線、太赫茲和可見光通信技術，從信道編碼機制、天線陣列 設計、天線架構與系統集成、頻譜資源與光學領域等多個角度進行探索、創新與 優化，不斷提高無線空口的性能指標。 另一方面，6G 需要構建跨地域、跨空域、跨海域的空天地一體化網絡，實 現真正意義上的全球無縫覆蓋。未來的空天地一體化網絡關注的是融合，典型的 一體化網絡由三部分組成：由各種軌道衛星構成的天基網絡，由飛行器構成的空 基網絡，以及傳統的地基網絡，其中地基網絡又包括蜂窩無線網絡、衛星地面站 和移動衛星終端以及地面的數據與處理中心等。網絡的整體愿景結構如圖 1 所 示，并具有如下特點： 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書

6、 不同軌道的衛星系統統一規劃 多網絡深度融合， 采用統一的空口技術和核心網架構， 并與 MEC 和網絡 切片結合，減少高空通信時延 多層次覆蓋，提供多重業務類型 海量用戶無感知、極簡的泛在接入 端到端統一編排調度，實現智能的業務體驗 高軌衛 星平臺 中低軌衛 星平臺 高空通 信平臺 地面蜂 窩網絡 圖 1.1 空天地一體化通信網絡 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 2 非地面網絡與地面非地面網絡與地面移動移動網絡相互賦能網絡相互賦能 天基通信網絡（衛星通信網絡）和空基通信網絡（HAPS/HIBS 等）構成了 目前主要的非地面網絡。 2 2.1 .1 衛星網絡衛星網絡 典型的衛星通信系統由地面

7、部分、空間段和空地間鏈路三個主要部分構成。 地面部分一般包括各類信關站、衛星測控中心及相應的衛星測控網絡、網絡控制 中心?？臻g段由一顆或多顆衛星及其星間鏈路（ISL）組成，負責信息的接收、 轉發，部分衛星具備信號的再處理能力。用戶段由各種用戶終端構成，包括了手 持終端、IOT 終端，以及可以固定或車載船載的甚小口徑終端（VSAT） 。 數據網絡 衛星（或無人機）平臺 服務 鏈路 衛星（或無人機）平臺 反饋 鏈路 反饋 鏈路 網關 ISL 圖 2.1 衛星通信網絡圖示 目前主要有高軌衛星、中軌衛星、低軌衛星三類，典型高、中、低軌衛星通 信系統的特征如下表 1 所示。高軌衛星單顆星覆蓋范圍廣，覆蓋

8、范圍相對地面固 定，單顆星最大可覆蓋地球 42%的面積，一般 3-4 顆衛星即可完成除極地地區的 全球覆蓋。高軌衛星正在向高通量方向發展，利用 Ka 頻段豐富的頻譜資源及多 波束和頻率復用技術，提高了衛星頻率利用率好數據吞吐量。目前高軌衛星系統 容量可達 50Gbps，系統成本為 30 億美元，衛星技術和通信體制較為成熟。但高 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 軌衛星的傳輸時延大，時延超過 500ms，衛星設計、制造和發射的門檻高，系統 容量低，適合傳統衛星廣播業務。 中軌道衛星單顆星覆蓋面積與高軌衛星相比要小很多，軌道高度 2000km- 20000km 的中軌衛星，覆蓋面積約為地球表面積

9、的 12%-38%，需要十幾顆到幾 十顆衛星構成星座，完成全球覆蓋。中軌衛星定位于提供高帶寬、低成本、低延 遲的衛星互聯網接入服務，造價成本為 12 億美元，傳輸時延約為 150ms，系統 容量可達 15Gbps。 低軌衛星單顆衛星成本低，覆蓋范圍較小，需要多顆衛星組成大型衛星星座 完成全球的覆蓋。 星座設計總容量可達幾十Tbps。 低軌衛星軌道高度小于2000km， 由于軌道高度低，低軌衛星傳輸時延也較小，通常在 30ms 左右。目前低軌衛星 的發展趨勢為：小型化、低成本、更密集組網、單獨成形可控制波束，采用小型 化、輕量化設計降低制造和發射成本，組網更加密集以提供更大的系統吞吐量， 并采用

10、波束成形和波束調形功能將功率、帶寬、大小和視軸動態地分配給每個波 束，最大限度地提高性能并最大限度地減少對高軌衛星的干擾。 大型低軌衛星星座是當前衛星通信系統的重要發展趨勢， 通過增加衛星數量 可以大幅提升系統容量。 目前多個國家提出了低軌衛星計劃， 頻軌資源競爭激烈。 軟銀、沃達豐、樂天等地面運營商也直接投資了低軌衛星星座。 表 1 為典型衛星通信系統的網絡能力特征，相比 5G 網絡： 低軌衛星的總容量低于地面 IMT 系統； 低軌衛星可提供的容量密度低于 5G NR 城區宏站， 與廣覆蓋宏站相當； 按照峰值容量計算，低軌衛星的容量成本大于地面 IMT 系統。 可見衛星覆蓋不受地形束縛，覆蓋

11、成本低，未來低軌衛星網絡可能在地面網 絡覆蓋不足的區域有較大競爭力。 表 2.1 典型衛星通信系統特征 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 高軌衛星 1 中軌衛星 低軌星座 11 軌道高度 35860km 8062km 1110-1325km 320-580km 衛星數量 4 12 4409 系統通信容量 50Gbps 16Gbps 350Tbps 端到端時延 500ms 約 150ms 約 30ms 系統容量密度 23.24bps/km2 26.14 bps/km2 17M bps/km2 容量成本 6 千萬美元/Gbit 1375 萬美元/Gbit 1.84 萬美元/Gbit 2.2 HA

12、PS/HIBS 網絡網絡 空基通信高空通信平臺 （HAPS/HIBS） 將無線基站安放在長時間停留在高空 的飛行器上來提供電信業務， 它使用已有的通信技術， 可以與地面終端直接通信。 HAPS/HIBS 具有服務覆蓋范圍廣、受地面因素影響小、布設機動靈活等優勢， 可有效彌補地面網絡的不足。 HAPS/HIBS 升空高度為 20km 時，覆蓋范圍半徑可達約 50km，采用 4 面臺 或 5 面臺天線，將其覆蓋范圍劃分為 45 個小區，小區邊緣傳播空口時延約為 180us，覆蓋范圍內的時延差為 12.8us。HAPS/HIBS 的網絡容量主要由平臺的載 荷決定，其中系留式氣球和飛艇的載荷比較大，通

13、常為幾百千克，預計可以搭載 1 個宏站設備。以 3.5GHz 5G NR 宏小區（100MHz 帶寬）基站，系留氣球或飛 艇上的 HIBS 單小區峰值速率可達 5Gbps，單基站峰值速率可達 20/25Gbps。 HAPS/HIBS 可以以較低的成本覆蓋大面積區域， 以飛行器的制造成本為 2.5 1 預計 2025 年達到的星座能力 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 億人民幣， 折舊期限為 10 年， 每小時維護成本為 500 美元， 覆蓋半徑為 50km 為 假設進行估算，HAPS 單位 G 比特的成本為 132.5w 美元/年，單位面積的覆蓋成 本是 5G 基站的千分之 6.7， 覆蓋中

14、國全境的成本約為 96 億美元/年。 HAPS/HIBS 傳輸鏈路通常存在視距傳輸信號，信號能量損耗小，傳輸質量高，可以與普通手 機終端直接通信，是地面網絡的有效延伸。 圖 2.2 空基網絡結構示意圖 2.3 非地面網絡與地面非地面網絡與地面移動移動網絡相互賦能網絡相互賦能 非地面網絡與地面移動網絡擁有各自的優勢和劣勢。 地面移動網絡的優勢在 于強大計算能力、大數據存儲能力、高數據傳輸速率、低時延、城郊低成本覆蓋 以及支持海量連接， 在人口相對聚集的地區可以有效提升社會與經濟的數字化程 度。但是在偏遠地區的地面網絡鋪設困難，成本高昂，且地面網絡會受到地形和 地理災害限制。 而非地面網絡可以突破

15、地表限制， 實現全球全域的無線覆蓋和大時空尺度的 快速通信服務。衛星網絡具有天然的廣播特性，覆蓋范圍內的鏈路損耗與時延相 對一致， 避免了地面移動蜂窩網絡中的 “遠近” 效應， 用戶具有相近的體驗速率。 在偏遠地區，非地面網絡具有比地面網絡更低的覆蓋成本與容量成本。但其傳播 時延高，并且無法完成深度覆蓋和城區容量承載。 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 空天地一體化的通信網絡有助于運營商實現低成本的全域泛在覆蓋， 挖掘全 新應用市場；有助于消彌數字鴻溝，促進數字化社會經濟的和諧發展。地面移動 網絡提供基礎的大數據存儲與處理能力， 并利用高數據傳輸速率提升大部分陸地 區域的數據傳輸的效率； 非

16、地面網絡提供偏遠地區、 海洋、 空域等立體覆蓋能力， 協助地面網絡實現全域泛在覆蓋。 深度融合的空天地一體化網絡可以充分利用衛 星、HAPS/HIBS 和地面 5/6G 網絡各自的特點與優勢，實現用戶的極簡極智泛在 接入和全域時敏服務。 空天地一體化通信網絡是未來 6G 網絡的重要發展趨勢，目前正處于發展初 期，3GPP 與 ITU 等均已開展了相關的研究。 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 3 MEC 與區塊鏈與區塊鏈在空天地一體化通信網在空天地一體化通信網 絡中的應用絡中的應用 非地面網絡引入了高時延特性，且衛星的容量成本遠高于地面網絡，因此有 必要引入 MEC 技術，實現業務的本地分流

17、與處理，從而規避非地面網絡的高時 延和高容量成本。此外，由于空天地一體化通信網絡包含了衛星、HAPS/HIBS、 衛星網絡地面段、地面蜂窩移動網絡等多個網元，地面網關、數據中心、邊緣計 算等多樣化的計算處理節點，涉及不同運營商之間的能力開放與共享，因此可以 借助區塊鏈技術，建立可靠、高效的網絡接口與安全保障機制。 3.1 空天地一體化組網空天地一體化組網與與 MEC 相互賦能相互賦能 MEC（Multiple-access Edge Computing/Cloud） ，多接入邊緣計算或多接入邊 緣云， 其概念范疇與集中式部署中心云相對，將云化基礎設施和服務能力從中心 云下沉至業務邊緣?？仗斓匾?/p>

18、體化網絡對 MEC 能力需求主要包括降低時延、節 省后向帶寬、緩存、內容分發、圖像渲染、算力資源和區塊鏈能力等方面。 （1）降低時延 在空天地一體化網絡中，相對于地面網絡傳輸距離而言，衛星與地面之間的 傳輸距離要大很多，傳輸時延也會顯著增加。因此，通過引入 MEC 設備減少地 面網絡傳輸時延或者避免星地節點間不必要的通信交互， 可以在保障業務連續性 的同時有效降低業務傳輸時延。 （2）節省后向帶寬 在業務具有較強本地化特色的垂直行業中，如視頻監控類業務，數據采集源 與數據需求都在相同的地域范圍，并且通常具有較高的帶寬需求。在空天地一體 網絡中， 本地采集的大量業務數據先上傳到遠端云化數據中心集

19、中存儲再下發給 本地數據顯示終端，需要占用大量的衛星中繼或地面回傳帶寬。如果將遠端云化 數據中心能力下沉到數據采集終端、數據顯示終端或業務數據流轉的本地范圍， 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 可以節省大量衛星中繼或地面回傳帶寬。 （3）緩存 緩存是保證業務流暢性，提升用戶體驗的關鍵。在空天地一體網絡邊緣部署 MEC 緩存能力，不僅可以依據用戶業務需求對網絡資源和集中式云化數據中心 服務能力進行預判和反饋， 緩解空天地一體網絡傳輸性能抖動對用戶業務體驗的 影響， 而且可以通過將業務數據緩存、處理所需的硬件能力從空天地一體網絡終 端側遷移至空天地一體網絡邊緣測， 在保障業務服務質量的同時實現硬

20、件資源區 域共享，顯著降低終端硬件成本。 （4）CDN 內容分發 CDN 內容分發是一種面向海量數據提供高交互、低時延服務能力的新型網 絡內容服務體系。CDN 的本質是基于內容訪問、分發和服務的應用模式。傳統 CDN 技術將數據請求和分發回溯到中心云，很難滿足高交互性業務對超低時延 的需求，給空天地一體網絡也帶來了極大壓力。引入 MEC 之后，CDN 能力進一 步下沉到空天地一體網絡邊緣，使能高帶寬內容邊緣分布式部署，有效降低空天 地一體網絡衛星中繼與地面回傳成本及中心節點壓力，從而大幅降低時延，提升 用戶體驗。 （5）圖像渲染 視頻圖像業務與其他垂直行業業務不同， 除了需要業務數據進行網絡傳

21、輸之 外，通常還需要對其進行編解碼、編排、幾何變換、投影變換、透視變換等特殊 數據處理，需要配備價格高昂的圖像處理器 GPU 等硬件?；谂鋫?GPU 能力的 MEC 平臺，可以將集中式部署云化數據中心圖像渲染等處理能力下沉到空天地 一體網絡邊緣，在壓縮傳輸時延的同時顯著降低終端設備硬件成本。 （6）算力資源 隨著智能化應用的不斷普及，數據、算力和算法成為實現業務智能的“鐵三 角” 。 在空天地一體網絡邊緣， 數據采集終端將采集到的原始數據上傳到 MEC 平 臺進行數據清洗、融合，MEC 進一步基于計算平臺中嵌入的算法庫對數據進行 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 計算處理、訓練、推理、執行

22、，這些都需要 MEC 平臺提供強大的算力。 （7）區塊鏈能力 隨著空天地一體業務應用的日益普及， 傳統的集中式應用服務架構面臨的信 任危機愈發強烈。集中式空天地一體架構中，所有網絡主體、網絡行為和網絡數 據的可信、 安全和完整是由單一主體控制的應用服務數據中心或第三方認證機構 提供。 因此，當集中式部署的應用服務數據中心和第三方認證機構受到網絡攻擊 或控制主體單方面惡意篡改時，整個空天地一體網絡的信任機制便形同虛設。 作為一種分布式架構技術體系， 區塊鏈以犧牲存儲效率為代價來保證鏈上數 據可信防篡改，同一條鏈上的所有節點存儲相同的賬本數據。不同節點之間為了 達成有效的共識，需要通過多次廣播機制

23、傳遞交易數據和驗證消息，隨著同一條 鏈上節點規模擴大，共識算法的執行將消耗更多的網絡帶寬和計算資源。因此， 區塊鏈技術是一種對存儲資源、計算資源和網絡資源有較高的要求。通過引入 MEC 和空天地一體基礎設施為區塊鏈技術提供豐富的存儲計算資源，通過衛星 廣播、組播技術和豐富的可變帶寬資源為區塊鏈節點間消息同步提供有力保障。 MEC 作為部署在空天地一體業務邊緣的算力資源，將核心網計算、存儲、 加速、內容、安全等能力下沉到空天地一體網絡邊緣，在降低業務傳輸時延的同 時可有效緩解業務數據對空天地一體網絡帶寬的需求， 彌補衛星與地面移動融合 組網場景中星地鏈路傳輸時延較大、星地鏈路帶寬受限、衛星載荷受

24、限、星地鏈 路切換頻繁等問題。 3.2 基于基于 MEC 的衛星與地面網絡融合組網架構的衛星與地面網絡融合組網架構 3.2.1 地面地面 MEC 融合組網架構融合組網架構 在衛星與地面 MEC 移動網絡融合組網架構依據衛星網絡定位不同可以分為 RAN 側衛星接入和核心網側衛星回傳兩種架構。 在基于地面 MEC 融合組網架構 中，MEC 作為部署在業務邊緣的算力資源，將核心網計算、存儲、加速、內容、 安全等能力下沉到網絡邊緣， 在降低業務傳輸時延的同時可有效緩解業務數據對 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 地面核心網帶寬需求。 （1）RAN 側衛星接入 在衛星鏈路與地面 MEC 移動網絡融合組

25、網架構中，5G/衛星雙模終端可以 通過衛星鏈路和 5G NR 鏈路兩種無線方式網絡，普通 5G 終端如果想要接入衛 星鏈路，需要衛星終端完成網關和中繼等功能，把 5G 終端信號轉換成衛星信號 并放大信號功率。信關站是比衛星終端功能更強大的地面衛星信號收發設備，通 常與地面移動網絡核心網設備相連。 UPF 作為用戶平面功能網元， 可以選擇業務 服務是由網絡邊緣的 MEC 提供或是核心數據中心連接的遠端業務服務器提供。 該架構中，MEC 部署在地面移動網絡邊緣，通過緩存、本地分流、算力下沉到 用戶邊緣，降低業務傳輸時延、節省核心網帶寬，提升業務質量。 UPF UPF 邊緣數邊緣數 據中心據中心 核

26、心數核心數 據中心據中心 業務服業務服 務器務器 MEC gNB 信關站信關站 衛星衛星 5G衛星雙衛星雙 模終端模終端 圖 3.1 RAN 側衛星接入融合地面 MEC 網絡架構 （2）核心網側衛星回傳 在衛星鏈路與地面 MEC 移動網絡融合組網架構中， 衛星鏈路除了作為 RAN 側接入鏈路， 還可以作為一種中繼回傳方案。 UPF 作為用戶平面功能的關鍵節點， 具備對 5G 終端業務本地分流的能力，如果網絡邊緣的 MEC 能夠滿足終端業務 要求，UPF 則將業務請求分流到 MEC；如果 MEC 不能滿足終端業務要求，UPF 可以通過地面核心網和衛星鏈路兩種方案連接遠端業務服務器。該架構中，衛星

27、 鏈路長距離中繼回傳、地面 MEC 本地服務和核心網遠端服務是三種不同的核心 網 QoS 方案。 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 UPF UPF 邊緣數邊緣數 據中心據中心 核心數核心數 據中心據中心 業務服業務服 務器務器 MEC gNB 信關站信關站 衛星衛星 5G UE 衛星終端衛星終端 衛星終端衛星終端 圖 3.2 核心網絡衛星回傳融合地面 MEC 架構 3.2.2 星上星上 MEC 融合組網架構融合組網架構 MEC 除了部署在地面核心網絡邊緣，還可以部署在衛星或飛行器上，但是 受衛星或飛行器載荷限制， 星上 MEC 通常采用輕量化部署模式， 即基于 NVF 技 術在邊緣一體機或邊

28、緣網關集成 MEC 和 UPF 能力。計算、內容分發等能力從核 心網下沉到衛星節點，可有效減少衛星與地面核心網之間頻繁的星地鏈路傳輸， 顯著降低端到端業務傳輸時延的同時， 可有效節省星地鏈路業務數據傳輸帶寬需 求。 （1）RAN 側接入星上 MEC 在 RAN 側接入星上 MEC 架構中， 星上輕量化 MEC 將地面核心網遠端服務 下沉到衛星節點，空中衛星終端和地面 5G/衛星雙模終端接入衛星鏈路后，依據 星上 MEC 能力， 通過星上 NVF-UPF 選擇由星上輕量化 MEC 提供業務服務或是 由地面核心網絡連接的業務服務器提供服務。 該網絡架構在地面核心網絡架構基 礎上，通過信關站引入衛星

29、/RAN 接入鏈路，并且將輕量化 MEC 平臺部署在衛 星節點，并基于 NVF 在 MEC 平臺上實現 UPF。 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 核心數核心數 據中心據中心 業務服業務服 務器務器 NVF-UPF/輕輕 量化量化MEC 信關站信關站 衛星衛星/飛行器飛行器 5G/衛星雙衛星雙 模終端模終端 空中衛空中衛 星終端星終端 圖 3.3 RAN 側接入星上 MEC 網絡架構 （2）衛星回傳星上 MEC 在衛星回傳星上 MEC 架構中，衛星鏈路同樣是作為一種中繼回傳方案，與 傳統衛星中繼回傳方案不同，本網絡架構中，MEC 平臺通過輕量化配置部署在 衛星節點，并基于 NVF 實現星上

30、UPF 網元。UPF 網元依據地面 5G/衛星雙模終 端業務需求和星上 MEC 能力，選擇星上輕量化 MEC 平臺或地面核心網遠端業 務服務器為 5G 終端提供服務。該架構在衛星中繼回傳場景的基礎上，通過部署 星上輕量化 MEC 平臺，進一步降低業務傳輸時延和中繼回傳帶寬。 核心數核心數 據中心據中心 業務服業務服 務器務器 NVF-UPF/輕輕 量化量化MEC gNB 信關站信關站 衛星衛星/飛行器飛行器 5G終端終端 UPF UPF 衛星終端衛星終端 衛星終端衛星終端 圖 3.4 衛星回傳星上 MEC 網絡架構 3.2.3 機載機載 MEC 融融合組網架構合組網架構 中國聯通空天地一體化通

31、信網絡白皮書 核心數核心數 據中心據中心 業務服業務服 務器務器 輕量化輕量化MEC 信關站信關站 衛星衛星 UPF UPF 圖 3.5 機載 MEC 融合組網架構 在機載 MEC 融合組網架構中，輕量化 MEC 平臺及虛擬化 UPF 都部署在機 載服務器上，計算、內容分發等能力從核心網下沉到用戶終端所在的飛機等飛行 器上，實現基于 MEC 的局域組網。UPF 網元依據機上用戶業務需求和機載輕量 化MEC平臺能力， 選則機載MEC或地面移動網絡遠端服務器為用戶提供服務。 利用機載 MEC 為機上用戶提供本地服務，不僅可以保證業務時延，而且可以有 效減緩星地鏈路帶寬需求。 3.2.4 船載船載

32、MEC 融合組融合組網架構網架構 與機載 MEC 融合組網架構類似，船載 MEC 融合組網架構中， MEC 平臺 及虛擬化 UPF 都部署在網絡邊緣的船載服務器上。但是，由于船上載荷能力通 常遠大于機上載荷能力，因此，船載 MEC 平臺可以部署采用輕量化部署方案也 可以采用非輕量化部署方案。UPF 網元依據機上用戶業務需求和船載 MEC 平臺 能力，選則船載 MEC 或地面移動網絡遠端服務器為用戶提供服務。利用船載 MEC 為機上用戶提供本地服務，不僅可以保證業務時延，而且可以有效減緩星 地鏈路帶寬需求。 核心數核心數 據中心據中心 業務服業務服 務器務器 MEC 信關站信關站 衛星衛星 UP

33、F UPF 圖 3.6 船載 MEC 融合組網架構 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 3.2.5 區塊鏈區塊鏈+MEC 融合組網架構融合組網架構 在共建共享區塊鏈網絡中， 采用地面存儲計算與衛星廣播消息融合的兩層網 絡架構。全節點在 MEC 中存儲完整鏈上信息，輕量化節點通過訪問相鄰全節點 MEC 平臺存儲的完整鏈上信息，完成區塊生成、驗證等操作。 運營商運營商A鏈上鏈上 節點群節點群 運營商運營商B鏈上鏈上 節點群節點群 垂直行業垂直行業A鏈鏈 上節點群上節點群 垂直行業垂直行業B鏈鏈 上節點群上節點群 個人鏈上節點群個人鏈上節點群 全節點全節點MEC UPF UPF UPF UPF UP

34、F UPF 全節點全節點MEC 全節點全節點MEC 圖 3.7 區塊鏈MEC 融合組網架構 4 空天地一體化通信網絡典型應用場景空天地一體化通信網絡典型應用場景 借助非地面網絡的特點，空天地一體化通信網絡可以突破地形限制，為公眾 和行業提供真正無縫泛在的高速業務體驗。面向行業客戶，空天地一體化通信網 絡傳輸覆蓋廣、不受地理環境限制、時延抖動小、可靠性高的特性可以為行業客 戶提供專網服務。對于個人用戶，空天地一體化通信網絡擴大了地面通信網絡覆 蓋范圍，可以為用戶提供多樣化的語音和數據業務。 4.1 大時空尺度確定性業務大時空尺度確定性業務 （1）證券金融領域 證券金融等行業，交易場所分散，對通信

35、保密要求高，同時一些結算類業務 對時延抖動敏感。針對大宗貨物交易或證券交易中高頻電子交易場景，采用低軌 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 衛星進行直線傳播將有效降低時延。例如紐約-上海的長距離傳輸，理論上采用 衛星軌道高度 500km 左右的低軌衛星，時延可以控制在 100ms 之內，而目前通 過海底電纜的傳輸時延約 120ms-150ms。對于金融電子交易，1ms 的時延可能會 影響上百億美元的交易。此外海底光纜非常脆弱，容易遭到地震、海嘯、船只甚 至魚類的破壞。 （2）大時空尺度數據分發 車聯網、物聯網場景中需要大量廣播數據分發適合采用衛星和 HAPS/HIBS 進行實現。 衛星和 HA

36、PS 的覆蓋范圍大， 通過一跳就可為大范圍內的通信節點提 供信息傳輸，相比地面多跳傳輸更具優勢，可用于遠距離實時通信及大范圍的信 息同步和數據分發。 圖 4.1 基于空天地一體化的大時空尺度信息同步場景 （3）區塊鏈安全加固場景 作為一種分布式架構技術體系， 區塊鏈以犧牲存儲效率為代價來保證鏈上數 據可信防篡改，同一條鏈上的所有節點存儲相同的賬本數據。不同節點之間為了 達成有效的共識，需要通過多次廣播機制傳遞交易數據和驗證消息。目前，鏈上 節點間數據同步是通過將邏輯廣播消息向鄰居節點隨機轉發的模式實現的， 但是， 消息數據的廣播仍然需要占用多個物理信道，因此，消息數據同步的帶寬資源消 耗和鏈上

37、節點間同步時延抖動是衡量區塊鏈數據同步性能的關鍵指標。因此，利 用衛星廣播鏈路實現鏈上節點消息數據廣播可顯著降低網絡帶寬需求， 減小節點 間數據同步時延抖動。 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 4.2 泛在接入泛在接入 （1）低成本廣覆蓋接入 衛星、HAPS/HIBS 通信可以作為地面網絡的補充和低成本的廣域覆蓋，作 為語音和物聯網的打底網，解決偏遠地區用戶的寬帶上網和位置導航服務。以 HAPS/HIBSHIBS 系統為例，青海省全省人口為 608 萬，按照用戶激活率 20%， 并發率 10%，則青海省全省激活用戶總數為 121.6 萬，并發數為 12.16 萬。按照 單個 HIBS 基站

38、50km 覆蓋半徑計算，可通過 92 個 HIBS 基站覆蓋青海省全境。 按照每個 HAPS 搭載一個 5 面臺基站計算，可支持的 RRC 連接數為 36.8 萬，同 時可調度 18.4 萬用戶，可滿足全省用戶的通信業務需求。而按照基站的覆蓋半 徑為 2km 計算，覆蓋青海省需要建設約 5.75w 個基站。 （2）應急通信 由于衛星、 HAPS/HIBS 通信具覆蓋面廣， 不受地理環境和自然災害等影響， 十分適合作為應急保障通信網絡。特別是在地震、洪澇等自然災害導致地面網絡 阻斷情況下，衛星、HAPS/HIBS 通信可以快速部署，終端機動靈活，第一時間打 通通信鏈路，為搶險救災構建高效可靠的指

39、揮調度及信息傳輸通道。 （3）專網業務 對于一些有建設專網需求，且分支機構分散的企業，特別是跨國/跨地區的 頭部企業，采用空天地一體化通信網絡構建專網，有利于打破地理限制，統籌業 務，提供高可靠性網絡保障，實現集團公司的全球業務管理。 （4）泛在接入本地分流場景 基于 MEC 的空天地一體化通信網絡可以為海島、沙漠、高山、港口等偏遠 地區提供泛在接入能力，將視頻監控等業務數據上傳到網絡邊緣 MEC。依據業 務需求，MEC 平臺為邊緣用戶提供本地業務分流能力。MEC 平臺直接部署在網 絡邊緣，大大降低了網絡傳輸時延。結合視頻自動化分析、集裝箱自動化調度、 安防監控等相關應用，為吊橋、集裝箱、運輸

40、車輛、園區安防、環境數據采集等 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 提供高清視頻監控。 核心數核心數 據中心據中心 業務服業務服 務器務器 UPF UPF 邊緣數邊緣數 據中心據中心 MEC gNB 信關站信關站 衛星衛星 數據采數據采 集端集端 顯示端顯示端 B 圖 4.2 泛在接入本地分流場景 4.3 海洋與空間海洋與空間立體通信立體通信 （1）基礎立體通信 通過在近海區域及飛機航線沿線部署建設非地面網絡， 可有效實現近海區域 船只和飛機上終端設備的通信。HAPS 氣球的覆蓋半徑為 50km，通過兩個氣球 的中繼，可以覆蓋近海 200km 范圍內的船只和飛機。按照中國大陸海岸線長度 為 1

41、8000km 估算，360 個氣球即可實現中國整體海岸線近海 200km 范圍內船只 和客機的通信。 中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書 HAPS 衛星 近海船只 飛機 通 信 鏈 路 海岸線 海平面 陸地 20 km 10 km 圖 4.3 海洋與空間立體通信場景 （2）機載云服務 在機載服務器上部署輕量化的 MEC 和 vUPF，與機上用戶在相同的局域網 絡中?；跈C載 MEC 平臺預存儲的業務可以為機上用戶提供局域網絡范圍的云 點播服務， 并建立機上局域網絡云社交服務， 為機上用戶提供內部社交支撐能力。 基于機載 MEC 下沉的計算能力，可以為機上用戶提供云視頻渲染和云游戲交互 等業務。若機載輕量化 MEC 平臺能力不足以滿足用戶業務求，機載 vUPF 通過 衛星鏈路向地面網絡遠端服務器請求業務支撐能力。 （3）船載云服務 與機載服務場景類