星算網絡——空天地一體化算力融合網絡新發展

鄧平科，張同須，施南翔，張童，邵天竺，鄭韶雯

專題：新型網絡技術

星算網絡——空天地一體化算力融合網絡新發展

鄧平科，張同須，施南翔，張童，邵天竺，鄭韶雯

（中國移動通信有限公司研究院，北京 100053）

面對不斷增長的算力和網絡需求，6G空天地一體化網絡通過網絡集群優勢突破單點算力和傳統網絡傳輸的極限，形成以算為中心，以網為根基，云、邊、端、網、數、算深度融合的新型空天地一體化算力融合網絡。首先介紹了算力網絡和空天地一體化網絡的發展現狀，并結合6G空天地一體化算力融合網絡的需求提出了星算網絡的概念。其次，對星算網絡的分層系統架構中的空基網絡、天基網絡和地面網絡進行描述，并提出由算網資源層、算網抽象層和算網編排層組成的邏輯架構。之后，針對未來星算網絡面臨的算存問題、可信傳輸問題、天基算力編址尋址和高移動性算力路由問題提出對應關鍵使能技術。最后，對星算網絡的典型應用場景進行了討論和展望。

天基云計算；星算網絡；移動邊緣計算；空天地一體化網絡

0 引言

2019年11月，工業和信息化部（簡稱工信部）成立了IMT-2030（6G）推進組，我國正式啟動6G的研發工作，6G網絡在5G技術基礎上進一步融合了衛星通信、大數據、云計算與人工智能等技術，使得“網絡+算力”的特征愈加顯著。隨著6G從地面擴展到太空、空中、海洋、荒漠等自然空間，將形成大范圍廣域覆蓋、泛在連接和算力更廣泛分布。

鑒于此，本文對未來可能出現的6G空天地一體化算力融合網絡進行了初步研究，并提出“星算網絡”的概念，對空天地一體化算力融合網絡可能出現的架構和所涉及的關鍵技術問題進行了討論，并對其應用場景進行了展望。

1 空天地一體化算力融合網絡的發展歷程

1.1 算力網絡發展歷程

算力網絡是國內首創的新型技術，是將網絡轉發、計算處理、資源存儲等多項基礎技術融合發展而來的創新技術。早在2019年，中國移動提出了“算力網絡”的概念[1]，隨后，多家運營商、設備商、科研院校等先后開展對“算力網絡”的研究。

2020年9月，國內未來IP網絡研究的主要組織——網絡5.0產業聯盟成立了“算力網絡特設工作組”。同年4月，中國通信標準化協會網絡與業務能力標準技術工作委員會（China Communications Standards Association Technical Committee 3，CCSA TC3）通過了“算力網絡”總體技術要求等行業標準（簡稱行標）立項，并通過算力路由、算力交易等行標，初步建立了算力網絡行標體系。

2021年5月24日，國家發展和改革委員會、中共中央網絡安全和信息化委員會辦公室、工業和信息化部、國家能源局聯合印發了《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》，明確建設全國一體化算力網絡國家樞紐節點，構建國家算力網絡體系，標志著“算力網絡”被正式納入國家新型基礎設施發展建設體系。

2021年11月，中國移動攜手合作伙伴共同發布了國內首個算力網絡白皮書《中國移動算力網絡白皮書》，向業界提出算力網絡發展倡議，體系化地提出了算力網絡的目標、愿景、發展階段和技術圖譜，明確了算力網絡分階段的發展路線和各階段的重點。中國電信發布的《云網融合2030技術白皮書》和中國聯通發布的CUBE-Net 3.0網絡體系也都把“算力網絡”作為未來網絡演進的重要方向。2022年1月，CCSA正式成立了算網融合標準推進委員會（TC621），積極推動算網融合標準的實施和產業化。此外，國內高校也啟動了對算力網絡關鍵技術的研究。

1.2 空天地一體化網絡的發展歷程

自1964年誕生以來，衛星通信已經發展到了第4代——衛星互聯網階段。隨著衛星發射技術的革新及衛星建造成本的下降，衛星互聯網技術得到了快速的發展。以Starlink低軌星座為例，單星容量已達20 Gbit/s，容量相當于單個5G基站，單星成本可低至50萬美元。為了實現6G智慧泛在愿景目標，衛星通信被證明是一個非常有效的方法，但依舊無法替代地面網絡。Starlink每月使用費用為99美元，單位流量成本仍高于5G移動通信，12 000顆衛星星座的通信容量僅能滿足一個大型城市的全部通信需求。因此，地面網絡和衛星網絡二者深度融合將成為下一代通信網絡發展的趨勢。

我國十分重視天地一體系統的研究與建設。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》明確提出要建設“高速泛在、天地一體”信息基礎設施的目標，要求打造全球覆蓋、高效運行的通信、導航、遙感空間基礎設施體系。2020年4月，國家發展和改革委員會首次明確了新型基礎設施的含義，將衛星互聯網與5G、物聯網、工業互聯網一起納入新型信息基礎設施的范疇。

當前，天地一體國際標準遠未成熟，6G尚處于愿景階段，研究方向、典型應用場景和候選關鍵技術尚未達成產業共識，衛星網絡與5G/6G實現融合尚需時日。

1.3 空天地一體化算力融合網絡的發展現狀

空天地一體化算力融合網絡的發展驅動力主要有兩點。一是地基與天基的融合在覆蓋效果和擁塞控制和適應性上有很多優勢，二是隨著后5G及6G時代下所催生的新型應用要求超大帶寬、極低時延和極高可靠性的性能需求（例如，將虛擬與現實世界高度融合來提供沉浸式體驗的元宇宙）以及人們對未來社會全域泛在連接和智能普惠的終極愿景，通（通信）、感（感知）、算（算力）、空基、天基、地基一體化網絡架構成為未來的發展方向已在工業界和學術界形成共識[2-3]，在通信網絡、智能、算力等技術的賦能下最終實現自組織、自優化和自適應地適配差異化的應用服務，達到資源高效利用的目的。因此，軟件定義網絡（software defined network，SDN）/網絡功能虛化（network functions virtualization，NFV）、云計算、人工智能等相關技術在空天地一體化算力融合網絡中得到了廣泛的研究、應用和發展。

星算網絡作為算力網絡的一部分，也是工業界關注的熱點。事實上，智能星算不僅需要利用算力資源對航天器本身的運行狀態進行控制，也需要對空間目標的型號和行為進行在軌實時識別，還需要對陸地目標進行實時檢測識別、追蹤以及對地球大氣進行實時預估。然而，為了實現這一目標，業界認為智算芯片平臺是核心問題。解決方案有以下兩種。

（1）利用成熟的民用軟/硬件平臺，如美國目前使用的基于2017年3月英偉達公司針對深度學習算法推出的Tegra X2 SoC芯片而搭建的智能算力模塊S-A1760 Venus、歐空局使用的基于英特爾Movidius的智算模塊。而我國民用智算模塊主要分兩種，一種基于國外FPGA芯片而開發，如百度EdgeBorad邊緣AI計算盒；另一種是自主研發的智算芯片，如華為Atlas 200。雖然這些芯片與國外相比在性能上沒有差別，但由于抗空間輻照能力差，目前尚無空間的應用。

（2）航天專用智算芯片，其可以有效解決民用智算芯片抗輻射能力差、可靠性難保障等缺點，如賽靈思公司推出的XQRKU060支持星上高帶寬有效載荷等復雜算力任務、我國北斗雙星使用的自主研發的龍芯IE和龍芯1F等。然而，目前的智算芯片的研發和智能算法之間是高度耦合的關系。由于一種芯片只適用于一類算法，新智能算法的出現，需要連同芯片一起更換，這對于衛星來說是很難實現的，因此工業界正在關注普適智算芯片的研發。

另一方面，為了有效融合算力、空基、天基、地基實現通感算服務，學術界在網絡架構、關鍵技術方面也作出了積極的貢獻。文獻[4]提出基于SDN使能的5G地基和天基融合網絡。在該網絡結構中，文獻[5]首次從系統的角度出發，提出在SDN控制網元和衛星網關聯合分布的情況下采用不同最優時延算法的性能分析。文獻[6]提出了一種基于博弈論的策略研究如何在SDN使能的天地混合網絡中使用最優均衡負載來達到最優的期望效益。文獻[7]討論了基于SDN的衛星網絡多路約束路由算法。文獻[8]提出一個利用ICN和SDN使能的天地融合網絡，研究了如何高效使用緩存技術為用戶提供高效的分發策略。

首先，文獻[9]對邊緣計算和云計算現狀和發展做了整體概述。文獻[10]進行衛星通信中天基計算討論。之后，文獻[11]從網絡架構、挑戰和開放問題角度概述邊緣計算在天地融合網絡中的使用，其核心思想是利用天基邊緣計算節點以減小地基網絡的計算量。文獻[12]在該研究的基礎上，提出了一個聯合算力卸載模型策略。文獻[13]從博弈論的角度出發分析了最優計算量卸載策略。文獻[14]研究了基于云和邊緣計算的LEO衛星網絡，并提出了一個基于總能量消耗最低的計算量卸載算法。文獻[15]提出了一個衛星IoT邊緣計算架構，并基于邊緣計算和AI技術提升了衛星數據的處理效率。文獻[16]對AI在衛星網絡中的作用進行了討論，并對基于AI技術的天基網絡數據處理方法進行探索。文獻[17]提出了一個AI賦能的6G衛星通信網絡總體架構并分析了基于區塊鏈的6G衛星通信網絡的穩定性。

本文重點面向天基算力網絡架構開展討論。天地一體化算力網絡架構如圖1所示，將星上網元與星上路由相結合形成天基星云算力節點，再由這些同時具備算力、管理和傳輸能力的算力節點通過有機編排構成具有傳輸、計算、存儲能力的星上虛擬單元。利用天基核心網和天基云技術將天基網絡形成天基星云網絡，并與星上邊緣計算/CDN結合，提供低時延大帶寬業務，形成空天地一體化算力融合網絡。

圖1 天地一體化算力網絡架構

2 空天地一體化算力融合網絡的架構

6G空天地一體化算力融合網絡作為6G網絡的有機組成部分，在提供泛在連接的基礎上，基于多星座、多體制、多接入融合形成天地一體分布式自治網絡，實現“算力上空天，星云做算力”，構建空天地一體化算力網絡[18]。這類新型網絡也被稱為“星算網絡”。星算網絡是一種空天計算的新形式，以空天計算賦能衛星網絡，以計算服務連接通信、感知、導航等時空應用需求，實現異構星座互聯、星地網絡一體、應用數據共享等應用目標。

2.1 星算網絡組成

隨著對未來6G技術的深入研究，初步形成了集中和分布協同、分布式自治6G網絡。一方面將更多的網絡功能擴展到網絡邊緣，另一方面將面向全局的核心功能集中，通過云網融合、分布式協同的方式，達成支持更加復雜的業務的共識[19]。6G空天地一體化網絡融合了地面網絡、高軌的GEO衛星通信網絡和中低軌非靜止軌道（non-geostationary orbit，NGSO）衛星通信以及高空浮空器、無人機等空基網絡，構成了高、中、低和地面網絡的分層網絡架構。這使得大型GEO/MEO衛星具備了高性能算力和輕量化核心網及天基數據中心的能力，而LEO衛星和高空浮空器、無人機等則具備了接入網絡和邊緣計算的能力，從而為實現空天地一體的高效計算體系提供了物質基礎。星算網絡的系統結構如圖2所示。

2.1.1 天基網絡

天基網絡作為未來6G網絡的重要組成部分之一，它的加入使得蜂窩網絡從傳統的平面網絡變成一張立體網絡，極大地豐富了蜂窩網絡的服務范圍，也將為6G網絡帶來更多的應用場景和更豐富的應用服務。面向星算網絡的天基網絡將結合軟件定義衛星技術，同時引入地面網絡的服務化技術和NFV/SDN技術，基于高性能硬件模塊和統一接口搭建高算力衛星節點，通過星間鏈路、自主路由、無縫組網、大規模部署、自動維護等技術構建星云算力節點，實現基于空天網絡的算力系統。在此基礎上，將邊緣技術和云邊協同引入天基網絡，使得衛星在軌實現協同計算。

2.1.2 空基網絡

空基網絡屬于局部覆蓋網絡，一般部署在地面移動網絡無法覆蓋的地方，作為地面網絡的補充。空基節點從部署方式上看具有典型的稀疏性，通過用戶鏈路和饋電鏈路與地面及衛星網絡連接。高空浮空器或長航時無人機作為空基節點，一般具有滯空時間長、負載功率大、覆蓋范圍較大和覆蓋區域相對固定等特點，但其運動特性和地基節點類似。基于上述特點，一般空基網絡主要作為地基網絡的邊緣節點，填補地面網絡通信和算力的空白或盲區。因此主要應用于實時性要求較高的區域和中、小規模計算場景，為河、湖、山區、荒漠等地廣人稀地區提供應用能力。此外，空基網絡還可以在應急情況下，作為地面網絡的備份，提供應急通信和應急處理能力。

圖2 星算網絡的系統結構

2.1.3 地面網絡

在空天地一體化網絡中，地面網絡作為天基網絡的地面錨固點和6G網絡通信和算力供應的主要提供者，通過星地鏈路、地面光纖骨干網和高性能可編程交換機等網絡設備以及具備通信及算力感知和調度的核心網中心或較為集中部署的數據中心，為人員密集區域和算力熱點區域提供集中式的通信和算力服務。同時，通過算力感知和SLA制定策略，進行通信和算力的調度。利用地面光纖網絡的帶寬優勢和可靠性優勢，處理面向超大流量和海量數據的復雜計算；而面向超低時延要求和小規模計算等工業現場，將利用分布式協同網絡將更多的網絡功能擴展到網絡邊緣，利用邊緣計算節點為實時性強的小規模計算進行現場處理，并將資源占用等算力感知信息傳回到核心網節點。

2.2 星算網絡邏輯架構

根據星算網絡的系統結構劃分，可以將其從邏輯上分為算網資源層、算網抽象層和算網編排層。星算網絡的邏輯結構如圖3所示。

圖3 星算網絡的邏輯結構

2.2.1 算網資源層

星算網絡資源層是算力網絡的堅實的物質基礎，由實際網絡系統與物理環境構成，包含節點設備、網絡狀態的運行監控和管制以及物理數據的感知反饋。具體包括中高軌衛星網絡、低軌和空基網絡以及地面移動網絡和數據中心及其所屬的網元設備信息、設備狀態、網絡流量、數據分布、路由拓撲、衛星星歷等。空天地算力網絡以高效、安全、節能為基礎，形成云?邊?端多層次、立體泛在的分布式算力體系，滿足數據中心級和邊緣網絡級的算力需求。算網資源層不僅具有向上反饋、向下執行、可為用戶提供全時全域的泛在連接功能，還具有數據采集回傳的算網感知能力。網絡資源層基于統一IP基座，實現云?邊?端算力的高效互聯，滿足數據高效、可信的傳輸需求。用戶可以隨時、隨地、隨需地通過泛在接入網絡接入無處不在的算力，共享網絡算力的服務。

2.2.2 算網抽象層

隨著應用對于算力提出的專業化需求越來越高，能夠提供算力的軟、硬件出現了多樣化的異構形態，其存儲、計算、交換方式甚至信號類型等要素各不相同。為了能夠在系統中對算力進行感知和統一調度，構建了算網抽象層，將多種芯片架構中的多樣性算力統一抽象出來，統一抽象為計算、存儲、交換、帶寬、頻率、信號等虛擬算網功能，并將部分特殊資源抽象為專用算力感知單元。通過屏蔽異構硬件差異，減少用戶跨架構編程和遷移的代價，使得應用只需要關注計算表達，而無須關注計算在硬件上的具體實現。

2.2.3 算網編排層

算網編排層是星算網絡演進的控制核心，由各類面向應用的子平臺構成，包括云管理子平臺、虛擬網絡功能管理子平臺、軟件定義網絡控制子平臺以及衛星網絡管理子平臺等多個系統級子平臺。通過南向接收來自算網抽象層的彈性模型服務（elastic model service，EMS）歸一化度量數據后，經過統計分析生成決策機制，并借助網絡智能化、數字孿生等技術實現整體網絡功能和網絡算力的自主、自治及閉環網絡管理運維等操作。

基于前期論證分析和初步仿真，本文認為上述架構是合理可行的。下一步將開發星載核心網軟、硬件平臺原型系統，開展地面模擬試驗，并尋找適當的時機選擇衛星進行搭載，在軌開展星算網絡的原理性驗證和業務試驗。目前已初步完成原型平臺的硬件設計，正在進行軟件方案的設計工作。

3 星算網絡的核心技術

3.1 多級池化分流算存技術

隨著未來6G面臨的超低時延、超大數據量、類腦AI等復雜業務應用的出現，這些應用不僅使網絡流量正在以前所未有的速度增長，還產生了巨大網絡數據量的存儲和計算需求，這給星算網絡的存儲和計算帶來了巨大的挑戰。通過存算一體技術，將多種類型的計算和存儲集成到一個芯片上，用以消除海量數據存取和超大算力處理并行的時延，存算一體技術可以消除傳統的數據中心集中式存儲產生的“存儲墻”瓶頸的問題，通過直接利用存儲器結合內部算數邏輯單元實現對數據的就近處理。通過云原生技術，對星算網絡中的多類異構計算架構進行統一抽象和虛化，實現對全局數據資源的動態高效存儲和對海量算力的實時處理，形成多級虛擬化的存算一體單元，最終形成多級池化分流，解決數據洪流和算力分配不均衡的問題。通過多級池化分流的算存一體技術，有望構建新的分布式計算機體系架構，實現空、天、地基的接入端算存，傳輸路由端算存和中心端算存。通過算力編排層中的智能算法將數據和算力按用戶行為進行動態分配，保證星算網絡高效可靠的服務。

3.2 基于區塊鏈的可信傳輸技術

算力的加入，使得網絡從一種基于概率的/盡力而為的傳輸轉向一種可信的傳輸。當前缺少面向空天地一體化的可信網絡傳輸方法和統一的可靠算力傳輸機制，因此數據在異構網絡且不被信任的天基、空基和地基節點上進行接入和多跳傳輸時極容易出現各種各樣的差錯。事實上，空天地網絡的高異構性也使得追蹤數據的出處變得非常困難。

為了提供可信的算力服務，一方面，用于個性化服務而無處不在的用戶日志數據可以追蹤節點的行為，并記錄節點的日常活動；另一方面，基于算力的加持，未來星算網絡對可信傳輸的需求變得越來越高。由于區塊鏈技術具有去中心化、透明化、不變性、可追蹤性和可審核性等特點，因此區塊鏈技術被認為是實現可信、智能、穩定和安全的星算網絡的關鍵安全技術。

為了實現可信傳輸，一種方式是獨立成鏈。在這種方式下，用戶請求的數據通過網絡感知得到的算力負載作為基礎來劃分成多個任務，每個任務在天基網絡、空基網絡和地基網絡各自形成獨立的區塊鏈來保證在傳輸過程中的信息有效性和準確性。區塊鏈作為一種分布式的共享數據賬本技術，利用記錄在區塊鏈上的數據只能增加和難以篡改的特性，實現天基網絡、空基網絡和地基網絡中的全流程監控。為了減小數據的占用量，重點記錄各傳輸、計算節點的日志信息。

另一種方式是跨鏈聯合傳輸[20]。在這種方式下，若一個可信傳輸鏈中斷，如衛星的高速移動經常出現用戶脫離覆蓋區，或者出于負載均衡的目的，需要通過一條中繼區塊鏈作為可信第三方來協助跨鏈合作。中繼區塊鏈不需要很大存儲空間，因為它的作用主要是記錄源和目的區塊鏈交易的區塊頭信息。

3.3 基于天基算力的編址尋址技術

星算網絡中的天基衛星相對地球高速移動，使得星算網絡中的衛星存在全球高動態時變以及星間與星地鏈路的拓撲頻繁變化，從而導致與地面固定位置對應的天基衛星編址不穩定。事實上，現有的地面IP編址和尋址無法直接應用于星算網絡。IP地址的頻繁切換，嚴重影響網絡的可用性和用戶體驗。這些都導致基于現有邏輯IP編址與尋址效率低、不穩定、不易擴展。通過將空、天、地資源統一編址、尋址，可以有效解決甚至屏蔽網絡的動態性，實現編址與衛星移動相解耦，兼容現有的地面網絡，支持可擴展、增量部署和差異化的多目標業務，確保IP編址的天地全網統一、唯一與兼容。

本文關注文獻[21]所提出的基于星下點軌跡、遞歸可擴展的層次化IP編址方案F-Rosette，其核心思想是利用空間衛星的運動特征對全球地表位置進行層次化分區和編碼，進而提出的一種基于天基算力的編制尋址技術。對于混合星座，其工作原理是通過遞歸連接星間鏈路，形成層次化衛星網絡拓撲。每迭代一層，上一層的每個區塊會被劃分為2個不相交的子區塊（為衛星的數量），因此可用以構造層次化的 IPv6 空間位置編址。最后，基于天基云網形成的算力，利用上述方法實現空、天、地統一的編址和尋址，打破異構網絡之間壁壘，化異構互聯為同構融合，在高動態環境下確保星算網絡的穩定、高效、可擴展。

3.4 基于高移動性的算力路由技術

衛星高速移動所導致的衛星網絡內部與地面網絡之間連接關系的不斷變化是一直困擾衛星網絡及天地一體化網絡路由機制設計的最重要難題之一，因此尋求一種不受頻繁切換影響的路由機制變得越來越重要。

當衛星網絡僅承載簡單業務時，相對于星間鏈路的高速傳輸能力而言，衛星接入的業務負載較輕，發生網絡擁塞的概率較低。此時，具有較低復雜度的靜態路由算法就足以解決星座網絡路由問題。然而，當需要承載寬帶多媒體業務時，網絡業務負載顯著加重，且隨著衛星規模增長，切分衛星運行周期內的靜態拓撲片段難度急劇增加。時間片增長規模正比于鏈路切換次數，導致星上存儲開銷和維護開銷急增，星上面臨路由表爆炸問題，對網絡可用性造成極大影響。考慮在星座網絡中業務的地域分布極不均勻的特征，如果采用動態路由算法，則可以減小網絡擁塞概率，提高網絡的利用率和承載能力。基于這個思路，可分為兩個方案去設計：一為基于時隙空間的動態調整的路由算法，主要以時間和空間的動態規律來設計算法對星上路由進行流量調度；二為基于流量預測的智能路由算法，主要以機器學習或深度學習方法對流量的產生進行預測，并結合星歷對星上路由進行路由調度。

4 星算網絡的應用發展

廣泛的連接服務、高度的網絡異構性和巨大的網絡動態性給星算網絡帶來了一系列性能最優化的挑戰。然而，通過引入人工智能技術，賦予算力和存儲能力的星算網絡實現網絡環境的感知、自組織和自適應的最優化有了可能。星算網絡應用場景如圖4所示。基于人工智能的星算網絡的典型應用發展包括大帶寬通信、位置導航、遠程圖像感知和物聯網，具體如下。

（1）大帶寬通信服務

隨著技術的快速發展，高吞吐量衛星通信可以提供更大的帶寬、更快的速度和更低的時延。通過AI賦能，它將能夠極大地提升頻譜使用率和傳輸效率并減少通信成本。與傳統路由算法相比，通過深度學習算法在異構網絡中實現流量控制可以減少70%的路由開銷，同時提升2%的吞吐量[22]。因此，可以預見AI賦能大帶寬通信將促進天地算力網絡智能化的發展，并在未來提供更多的應用場景。

圖4 星算網絡應用場景

（2）位置導航服務

位置導航在政治、經濟等方面的應用中已經成為不可或缺的關鍵技術。例如，它為無人駕駛的機動車和海洋船只提供安全保證。結合AI技術將更加有效地提升位置的準確性，并提供更多的便利服務。在交通網絡中，深度學習技術已能處理一個小時前收集的數據，并實現未來6 min內88%精準度的行為預測[23]。因此，人工智能技術能夠輔助星算網絡提供高精度的全域位置導航服務。

（3）遠程圖像感知服務

國土監測與資源保護等領域對高分辨圖像的需求促進了遠程圖像感知技術的發展。隨著算法和算力上的不斷突破，衛星網絡將實現各種遠程感知數據的在軌實時解析。通過將深度學習應用于衛星在軌感知圖像，能夠實現精準度為94.7%的對山體滑坡等情況的預測[24]。

（4）物聯網服務

面向下一代物聯網，在廣域范圍的巨量傳感設備用來收集和分析采集到的數據。在軌部署人工智能是解決廣域范圍、海量數據挖掘和處理的一個很好的方法。例如，深度學習中的卷積神經網絡通過分析大范圍的電力輸送線路的傳感數據，能夠實現精準度為83.2%的故障告警[25]。基于AI的星算網絡可以通過大范圍海量全域元組數據，為更多的物聯網應用提供更快和更精準的決策服務。

5 結束語

本文引入了星算網絡的概念，同時提出了一種基于算網一體的星算網絡拓撲模型。該模型系統結構包括天基網絡、空基網絡和地基網絡，并基于此從邏輯層面提出一個包括網絡資源層、算力資源層和算力編排層的3層網絡邏輯架構系統。此外，根據各自邏輯層的功能重點討論了星算網絡算力協同策略、多級池化分流算存技術、基于區塊鏈技術的天地一體化網絡可信傳輸、基于高移動性的算力路由等關鍵技術問題。最后，本文針對星算網絡所涉及的典型應用場景進行簡要討論，并已開展了相關原型驗證系統的研發和設計工作。由此可見，基于算網一體的星算網絡將成為未來6G網絡架構的重要發展趨勢之一，為新的業務和應用的發展提供支持和動力。由于當前衛星載荷能力有限，星上核心網技術研究相關領域處于起步階段，基于動態拓撲而構建巨型星云算力星座仍然任重道遠。

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Computing satellite networks—the novel development of computing-empowered space-air-ground integrated networks

DENG Pingke, ZHANG Tongxu, SHI Nanxiang, ZHANG Tong, SHAO Tianzhu, ZHENG Shaowen

China Mobile Research Institute, Beijing 100053, China

Facing the increasing demands for computing ability and network access, the space-air-ground integrated networks in 6G systems is expected to surmount the limits on a single point of computing ability and traditional network transmission through the advantages of network cluster, where the novel space-air-ground integrated networks that deeply integrate cloud, edge, terminal, network, data, and computation is subsequently formed by taking computing ability as the core and network infrastructure as the foundation. Initially, the current situation and development in existing computing force networks and space-air-ground integrated networks (SAGIN) was introduced. Along with the demands for 6G computing-empowered space-air-ground integrated networks, the concept of satellite computing networks was defined and the co-existed system of computing capability and communication networks was further discussed. Then, the space networks, air networks, and ground networks of the layered satellite computing network architecture were discussed. Based on that, its logical network architecture that includes computing resource layer, computing abstract layer, and computing orchestration layer was further introduced. After that, the key technology enablers with respct to computing and storage issue, trusted transmission issue, satellite computing force addressing issue, and high-mobility computing force routing issue was discussed. Finally, the typical applicaiton scenarios of satellite computing networks and envision its future was presented.

space-based cloud computing, satellite computing network, mobile edge computing, space-air-ground integrated network

The National Natural Science Foundation of China（No.62032003）

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022138

2022?05?06；

2022?06?10

國家自然科學基金資助項目（No.62032003）

鄧平科（1977?），男，中國移動通信有限公司研究院主任研究員，主要研究方向為6G、空天地一體化網絡。

張同須（1964?），男，中國移動通信有限公司研究院黨委書記、科學技術委員會主任，中國通信學會、工業和信息化部通信科學技術委員會委員。長期從事移動及數據通信網絡的設計及研究工作。

施南翔（1987? ），男，中國移動通信有限公司研究院高級研究員、工程師，主要研究方向為6G網絡架構、空天地一體化網絡。

張童（1992? ），男，中國移動通信有限公司研究院研究員，主要研究方向為6G網絡架構、空天地一體化網絡。

邵天竺（1995? ），男，中國移動通信有限公司研究院研究員，主要研究方向為6G網絡架構、空天地一體化網絡。

鄭韶雯（1993? ），女，中國移動通信有限公司研究院研究員，主要研究方向為6G網絡架構、空天地一體化網絡。