隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，其應(yīng)用邊界正從傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)向天空、乃至太空延伸，催生了空天地一體化網(wǎng)絡(luò)（Space-Air-Ground Integrated Network, SAGIN）這一革命性架構(gòu)。在這一前沿領(lǐng)域，星地融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)扮演著至關(guān)重要的核心角色。武漢大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《Engineering》期刊上發(fā)表了一篇關(guān)于星地融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在空天地一體化領(lǐng)域中應(yīng)用的全面綜述，系統(tǒng)性地梳理了該技術(shù)體系的關(guān)鍵進(jìn)展、核心挑戰(zhàn)與未來(lái)趨勢(shì)，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全域泛在連接描繪了宏偉藍(lán)圖。
一、空天地一體化網(wǎng)絡(luò)：物聯(lián)網(wǎng)的新疆域
空天地一體化網(wǎng)絡(luò)旨在將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)（天基）、空中網(wǎng)絡(luò)（空基，如無(wú)人機(jī)、高空平臺(tái)）與地面網(wǎng)絡(luò)（地基）有機(jī)融合，構(gòu)建一個(gè)立體化、全覆蓋、高彈性、智能化的綜合信息基礎(chǔ)設(shè)施。這一架構(gòu)能夠突破傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)在地理覆蓋、應(yīng)急通信、廣域物聯(lián)等方面的局限，為智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等海量物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供無(wú)處不在的連接能力。武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)指出，實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)的關(guān)鍵，在于高效、智能、自適應(yīng)的星地融合技術(shù)。
二、星地融合網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)體系
武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)的綜述深入剖析了星地融合網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)支柱：
- 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合與智能管理：如何實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)（如低軌星座、高軌衛(wèi)星）、空中平臺(tái)與5G/6G地面網(wǎng)絡(luò)在協(xié)議、資源、控制層面的無(wú)縫融合與協(xié)同，是首要挑戰(zhàn)。團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)討論了基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）和人工智能（AI）的動(dòng)態(tài)資源調(diào)度、智能路由和切片管理技術(shù)，這些技術(shù)能夠根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的多樣需求（如時(shí)延、帶寬、可靠性），自動(dòng)優(yōu)化全網(wǎng)資源分配。
- 高頻段與高通量傳輸技術(shù)：為了支撐海量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)回傳與分發(fā)，星地鏈路需要極高的傳輸容量。綜述涵蓋了Q/V波段、太赫茲等高頻段通信技術(shù)，以及大規(guī)模MIMO、智能波束成形等關(guān)鍵技術(shù)在星地場(chǎng)景下的應(yīng)用與適配挑戰(zhàn)。
- 星上處理與邊緣計(jì)算：將計(jì)算能力“推”向網(wǎng)絡(luò)邊緣乃至衛(wèi)星平臺(tái)，是降低物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)時(shí)延、減輕星地傳輸壓力的有效途徑。團(tuán)隊(duì)分析了星上處理（如數(shù)據(jù)過(guò)濾、協(xié)議轉(zhuǎn)換）和星載邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的架構(gòu)與算法，它們能對(duì)遙感IoT數(shù)據(jù)、傳感信息進(jìn)行在軌實(shí)時(shí)處理。
- 網(wǎng)絡(luò)與信息安全：空天地一體化的開(kāi)放環(huán)境使其更易遭受攻擊。綜述了針對(duì)星地融合網(wǎng)絡(luò)的物理層安全、跨域認(rèn)證、加密傳輸和入侵檢測(cè)等安全加固策略。
- 物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)屬優(yōu)化：針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量巨大、功耗敏感、業(yè)務(wù)稀疏等特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)探討了適用于星地融合網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)接入、功率控制、群組管理和非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）增強(qiáng)型窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）技術(shù)。
三、挑戰(zhàn)與未來(lái)展望
盡管前景廣闊，星地融合網(wǎng)絡(luò)在支撐物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)仍面臨諸多挑戰(zhàn)：星地鏈路的高動(dòng)態(tài)性與長(zhǎng)時(shí)延對(duì)協(xié)議設(shè)計(jì)的影響、覆蓋與容量的動(dòng)態(tài)平衡、巨量異構(gòu)設(shè)備的統(tǒng)一身份管理與移動(dòng)性支持、以及系統(tǒng)級(jí)的能效優(yōu)化問(wèn)題。
武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)展望，未來(lái)星地融合網(wǎng)絡(luò)將與人工智能、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等技術(shù)深度結(jié)合，向“智能融合”演進(jìn)。通過(guò)構(gòu)建空天地一體化的數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)映射、狀態(tài)預(yù)測(cè)與自主優(yōu)化。6G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已將空天地一體化作為核心場(chǎng)景，星地融合網(wǎng)絡(luò)必將成為6G時(shí)代萬(wàn)物智聯(lián)的基石。
四、
武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)的這篇綜述，不僅系統(tǒng)性地了星地融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐空天地一體化物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與研究現(xiàn)狀，更清晰地指明了未來(lái)的技術(shù)演進(jìn)路徑。星地融合網(wǎng)絡(luò)的成熟與普及，將徹底打破連接的空間壁壘，使物聯(lián)網(wǎng)真正實(shí)現(xiàn)“全球覆蓋、隨遇接入”，為人類(lèi)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和全球可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)能。
