世界播報(bào):星地融合網(wǎng)能力開放方案研究

（CWW）隨著移動(dòng)通信技術(shù)飛速演進(jìn)，用戶對(duì)移動(dòng)通信的傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、業(yè)務(wù)體驗(yàn)和應(yīng)用提出了新的要求。在此趨勢(shì)下，5G已經(jīng)成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎。5G網(wǎng)絡(luò)具有傳輸速率高、業(yè)務(wù)種類多、連接容量大等關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)，可廣泛部署于人口較為密集的城市等，但在人煙稀少或鋪設(shè)地面網(wǎng)絡(luò)困難的地區(qū)不易部署。

【資料圖】

相比地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星通信以其覆蓋范圍廣、應(yīng)急保障能力強(qiáng)、不受地理?xiàng)l件限制等突出優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前彌補(bǔ)邊遠(yuǎn)地區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足的重要手段。近年來，O3b、OneWeb以及Starlink等中低軌衛(wèi)星星座方案的提出，促進(jìn)了衛(wèi)星通信服務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)相融合，為衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)注入新的活力。

為更好地適應(yīng)未來社會(huì)對(duì)全球隨遇接入和廣域萬物智聯(lián)的要求，以及保障用戶對(duì)服務(wù)的連續(xù)性和一致性體驗(yàn)，相關(guān)行業(yè)積極推進(jìn)地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的融合。如何利用5G產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)取得的成果，融合衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，為世界各地用戶隨時(shí)、隨地、無縫漫游提供泛在連接支持，成為當(dāng)前行業(yè)關(guān)心的熱點(diǎn)話題。

網(wǎng)絡(luò)能力開放是電信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)”的關(guān)鍵，更是實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)融合的重要路徑。本文針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)的一體化能力開放問題，論述了可行性架構(gòu)及典型信令流程。

基于5G與衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)融合的能力開放方案研究能力開放是實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外部信息共享、能力調(diào)用的重要方式，下面重點(diǎn)論述5G網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)融合下的應(yīng)用場(chǎng)景和能力開放架構(gòu)。

能力開放分層架構(gòu)5G與衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)融合的能力開放分層架構(gòu)，是指支持星地融合能力開放功能、服務(wù)和應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)，需要充分考慮云原生、虛擬化和微服務(wù)等前沿理念，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源、功能服務(wù)和數(shù)據(jù)之間的有效組織和聯(lián)動(dòng)，其總體框架如圖1所示，分為資源層、能力層與應(yīng)用層。

圖1星地融合網(wǎng)絡(luò)一致性能力開放分層架構(gòu)

資源層包括軟硬件資源和網(wǎng)絡(luò)資源，其中網(wǎng)絡(luò)資源包括衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備資源、感知設(shè)備資源、一體化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源；軟硬件資源包括計(jì)算存儲(chǔ)資源及相關(guān)軟件、硬件資源。能力開放平臺(tái)可調(diào)用資源層資源，封裝后形成不同的原子化能力。

能力層可提供數(shù)據(jù)處理功能、通信功能、感知功能，以及能力協(xié)同，具體包括通信數(shù)據(jù)、感知數(shù)據(jù)以及聯(lián)合數(shù)據(jù)處理功能，無線接入與通信質(zhì)量控制功能，目標(biāo)定位（測(cè)距測(cè)速測(cè)角）、跟蹤、檢測(cè)和遙感成像功能。

應(yīng)用層則基于能力層提供相應(yīng)的服務(wù)與應(yīng)用，包括位置服務(wù)、測(cè)位測(cè)距服務(wù)、檢測(cè)識(shí)別服務(wù)、遙感成像服務(wù)等。

能力開放網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)當(dāng)前，5G網(wǎng)絡(luò)為能力開放提供了網(wǎng)絡(luò)功能，已將其能力開放給第三方（如用戶或其他運(yùn)營(yíng)商）。在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，NEF（Network Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)能力開放功能）網(wǎng)元是提供能力開放的功能性網(wǎng)元。星地融合網(wǎng)絡(luò)一致性能力開放網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示，可以看到，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)橫向分為天基網(wǎng)絡(luò)、陸基網(wǎng)絡(luò)和用戶終端3個(gè)部分，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)縱向分為接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、第三方等3個(gè)部分。其中，接入網(wǎng)包括固定接入網(wǎng)、移動(dòng)接入網(wǎng)、衛(wèi)星接入網(wǎng)，核心網(wǎng)包括陸基核心網(wǎng)、衛(wèi)星基核心網(wǎng)。接入網(wǎng)、核心網(wǎng)為同一運(yùn)營(yíng)商提供，第三方為業(yè)務(wù)調(diào)用方，可以是用戶或其他運(yùn)營(yíng)商。

圖2星地融合網(wǎng)絡(luò)一致性能力開放網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基于陸基核心網(wǎng)的5G與衛(wèi)星通信融合方案是一致性能力開放的典型方案。在場(chǎng)景1的方案中，NEF網(wǎng)元位于陸基核心網(wǎng)絡(luò)中。NEF網(wǎng)元作為能力開放接口，通過衛(wèi)星基核心網(wǎng)向陸基核心網(wǎng)提供衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的能力，陸基核心網(wǎng)向第三方提供陸基和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的能力。

在場(chǎng)景2的方案中，NEF網(wǎng)元位于衛(wèi)星基核心網(wǎng)中。NEF網(wǎng)元作為能力開放接口，通過陸基核心網(wǎng)向衛(wèi)星基核心網(wǎng)提供陸基網(wǎng)絡(luò)的能力，衛(wèi)星基核心網(wǎng)向第三方提供陸基和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的能力。

在場(chǎng)景3的方案中，NEF網(wǎng)元位于陸基核心網(wǎng)和衛(wèi)星基核心網(wǎng)中。NEF網(wǎng)元作為能力開放接口，通過陸基核心網(wǎng)向第三方提供陸基通信網(wǎng)絡(luò)的能力，通過衛(wèi)星基核心網(wǎng)絡(luò)向第三方提供衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的能力。

星地融合能力開放應(yīng)用方案研究本部門將重點(diǎn)論述5G與衛(wèi)星融合通信網(wǎng)絡(luò)下的能力場(chǎng)景、能力開放架構(gòu)及典型應(yīng)用方案，星地融合網(wǎng)絡(luò)能力開放主要有四大類型應(yīng)用場(chǎng)景，即廣域?qū)拵Ы尤搿V域大規(guī)模連接、廣域時(shí)敏連接和廣域高精度定位。

廣域?qū)拵Ы尤胧侵笧檫呥h(yuǎn)地區(qū)用戶、飛機(jī)、無人機(jī)、汽車等提供寬帶接入，縮小“數(shù)字鴻溝”；廣域大規(guī)模連接是指為農(nóng)作物監(jiān)控、珍稀動(dòng)物無人區(qū)監(jiān)控、海上浮標(biāo)信息收集、遠(yuǎn)洋集裝箱信息收集、無人區(qū)探險(xiǎn)等場(chǎng)景提供網(wǎng)絡(luò)連接；廣域時(shí)敏連接是指為遠(yuǎn)程智能機(jī)器（人）等時(shí)延敏感場(chǎng)景提供網(wǎng)絡(luò)連接；廣域高精度定位是指為遠(yuǎn)程智能交通提供精確導(dǎo)航，以及為遠(yuǎn)程作業(yè)提供高精度定位。

在上述應(yīng)用場(chǎng)景中，衛(wèi)星與地面通信網(wǎng)絡(luò)融合的能力應(yīng)用主要包括應(yīng)急救援保障、航空網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、海洋信息服務(wù)三大場(chǎng)景。

應(yīng)急救援保障

我國(guó)幅員遼闊、人口眾多，自然災(zāi)害、社會(huì)安全突發(fā)事件、重大公共衛(wèi)生事件多發(fā)。當(dāng)災(zāi)害和事件突發(fā)時(shí)，現(xiàn)有的公網(wǎng)或者專網(wǎng)往往無法滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信需求。通過星地融合網(wǎng)，災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的救援人員可利用衛(wèi)星、固定基站、應(yīng)急便攜基站等多種途徑建立災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)與救援指揮中心、救援部隊(duì)之間的高速數(shù)據(jù)通道，滿足應(yīng)急救援任務(wù)中的各種功能需求。例如，可以提供無人機(jī)AI視頻圖像回傳及分析、視化功能、失聯(lián)人員數(shù)據(jù)回傳及分析、災(zāi)區(qū)人員遷移數(shù)據(jù)回傳及分析、無人機(jī)直播與回放等功能，實(shí)現(xiàn)救援中心與災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)信息及時(shí)交互和無縫連接，便于實(shí)時(shí)掌握災(zāi)區(qū)的人、地、物全貌及災(zāi)情發(fā)展趨勢(shì)，達(dá)到對(duì)災(zāi)害應(yīng)急救援實(shí)時(shí)指揮、精確管理和科學(xué)決策的目的。

無人機(jī)AI視頻圖像回傳及分析：根據(jù)無人機(jī)拍攝的視頻/圖像，實(shí)現(xiàn)在災(zāi)情發(fā)生時(shí)（如地震、洪澇、泥石流等），實(shí)時(shí)提供受災(zāi)人員位置分布、房屋坍塌檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)、道路坍塌損毀點(diǎn)檢測(cè)等數(shù)據(jù)的回傳和智能分析，并呈現(xiàn)在三維模型/GIS 地圖上，便于救援專業(yè)人員實(shí)施救助。

失聯(lián)人員數(shù)據(jù)回傳及分析：救援人員通過運(yùn)營(yíng)商建立的專項(xiàng)通道接口，獲取相關(guān)用戶通信數(shù)據(jù)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域疑似失聯(lián)人員的名單確定及失聯(lián)之前最后活動(dòng)區(qū)域的定位，輔助應(yīng)急救援隊(duì)伍快速?zèng)Q策并大大縮小救援范圍。

災(zāi)區(qū)人員遷移數(shù)據(jù)回傳及分析：救援人員通過運(yùn)營(yíng)商建立的專項(xiàng)通道接口，獲取相關(guān)用戶通信數(shù)據(jù)，經(jīng)過事故分析區(qū)域圈選、圈選區(qū)域涉及用戶查找、遷移人員查找和遷移人員去向統(tǒng)計(jì)4個(gè)步驟，可完成遷移人員的名單確定及遷移前最后活動(dòng)區(qū)域定位，輔助應(yīng)急救援隊(duì)伍的快速?zèng)Q策。

無人機(jī)直播與回放：無人機(jī)直播與回放可以滿足無人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的多路視頻接入需求，支持無人機(jī)視頻實(shí)時(shí)直播與歷史視頻回放，支持在GIS地圖上展示前端無人機(jī)的實(shí)時(shí)飛行位置，并通過5G網(wǎng)絡(luò)能力開放等記錄與統(tǒng)計(jì)無人機(jī)飛行高度、飛行速度等信息。

航空網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

航空公司提供的機(jī)艙無線網(wǎng)絡(luò)基本只能實(shí)現(xiàn)飛機(jī)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)連接，乘客可以通過自己的智能設(shè)備播放飛機(jī)上的音樂、視頻等文件，或者實(shí)現(xiàn)與機(jī)上乘客的視頻通話等，但是并不能與外網(wǎng)相連，無法使用微信、微博等應(yīng)用。

通過接入星地融合網(wǎng)，航空公司可為機(jī)艙內(nèi)旅客提供與外網(wǎng)的連接，同時(shí)提供高速數(shù)據(jù)服務(wù)，滿足旅客在航行過程中的各類上網(wǎng)需求，實(shí)現(xiàn)旅客“空—地”上網(wǎng)感受的無差異體驗(yàn)，提升航空公司的服務(wù)質(zhì)量。基于衛(wèi)星通信的方式，通過安裝在飛機(jī)機(jī)身頂部的天線連接衛(wèi)星，并向地面站傳輸信號(hào)，完成數(shù)據(jù)互聯(lián)，航空通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案如圖3所示，其優(yōu)勢(shì)是覆蓋范圍廣、可實(shí)現(xiàn)國(guó)際漫游。

飛機(jī)與地面建立高速數(shù)據(jù)通道后，可通過艙內(nèi)數(shù)據(jù)建模，幫助地面運(yùn)行控制部門加強(qiáng)對(duì)客艙安全的監(jiān)測(cè)，降低恐怖襲擊的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3航空通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案

海洋信息服務(wù)

我國(guó)海域遼闊，在沿海區(qū)域存在大量以傳統(tǒng)漁業(yè)及現(xiàn)代海洋勘探業(yè)為主的經(jīng)濟(jì)圈。由于地面移動(dòng)信號(hào)的覆蓋困難，海上“信息孤島”造成的通信、監(jiān)管、運(yùn)作困難始終是難以解決的問題。

近年來國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商結(jié)合衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)資源開展了相關(guān)業(yè)務(wù)探索和布局，運(yùn)營(yíng)商結(jié)合低軌衛(wèi)星資源，通過衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)把5G、物聯(lián)網(wǎng)延伸至海洋，充分發(fā)揮“人與人、人與物、物與物”的連接能力，不僅可以有效地解決海上通信難題，還可以衍生出更多的應(yīng)用場(chǎng)景，如實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)船只航行情況、收集船員身體狀況等。

不僅如此，后續(xù)還可以把星地融合網(wǎng)應(yīng)用到郵輪、遠(yuǎn)洋貨輪、鉆井平臺(tái)上，其發(fā)揮更大的作用。在沒有5G信號(hào)覆蓋的遠(yuǎn)海區(qū)域，可在高速移動(dòng)的遠(yuǎn)洋漁政船上部署輕量船載用戶站、5G輕量基站及核心網(wǎng)，船載用戶站能夠準(zhǔn)確指向并全程跟蹤以第一宇宙速度相對(duì)于地面高速飛行的低軌衛(wèi)星，向信關(guān)站發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求，通過衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的天基寬帶通信鏈路成功實(shí)現(xiàn)視頻瀏覽、語音通信等系列常規(guī)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。船上的5G手機(jī)通過衛(wèi)星可以接入運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與其他4G/5G手機(jī)用戶的正常語音通話。

通過本文提出的基于5G與衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)融合的能力開放方案，一方面可以連通衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面5G網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用路徑，串聯(lián)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)，將5G網(wǎng)絡(luò)能力擴(kuò)展至衛(wèi)星通信領(lǐng)域應(yīng)用。另一方面，串聯(lián)衛(wèi)星管理系統(tǒng)與5G能力平臺(tái)，為衛(wèi)星管理系統(tǒng)信息用于5G能力決策、5G網(wǎng)絡(luò)能力應(yīng)用于衛(wèi)星鏈路選擇提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞： 星地融合網(wǎng) 移動(dòng)通信 5G網(wǎng)絡(luò) 衛(wèi)星通信