1.3.2 技术问题

为达成预定的系统服务能力，能否优化和降低系统实现的复杂度，是系统可持续发展的关键因素。要实现卫星通信网络受限资源与业务精准匹配的按需服务，涉及的使能技术主要包括以下5个方面。

① 受限通信资源的分配使用方法。传统的卫星通信资源分配多采用预先规划的方式。单一的资源利用模式制约网络容量的优化，而拓展资源分配自由度是提升资源利用效率的关键。随着卫星通信载荷可编程能力的提升以及星载相控阵技术的发展，一般可对卫星通信的时间、空间、频率、功率等多域资源进行分配。支持精细化资源分配、高频谱效率和高功率效率并重的通信体制设计是资源划分的基础。时间、空间、频率、功率资源划分的粒度越细，资源分配的灵活性和自由度越高，资源利用率越高，但资源划分的分配复杂度、处理复杂度和通信开销也会随之提升。因此，资源粒度也并非越细越好，需要合适的“度”。实际上，卫星通信网络资源分配是一个多目标优化问题，即运营商希望最大化系统吞吐量，而用户希望资源分配能按其所需。对于系统能力而言，既需要保障尽力而为（Best-Effort）业务的公平性，又需要保障特殊业务的差异化服务质量。如何平衡全局性能与个性化的服务体验，并降低通信处理和资源管理的复杂度，是受限资源分配与使用的重要挑战。

② 星座设计及评估技术。星座设计是卫星通信网络总体技术的核心之一，直接影响系统建设成本和运行效率。易于实施的星座方案有助于我们在发展主动权上获得先机，简洁可迭代演进的星座构型可降低复杂度，并促进空间资源的科学合理利用。传统星座设计通常着眼于实现最优覆盖效率[27]，较少考虑频谱资源可获得性、网络服务质量和安全性等因素。按需服务卫星通信网络的星座设计需要考虑覆盖效率、容量效率、多星座共存、可用性和安全性等因素，用可解释的数值分析结果为星座设计提供可靠的评价依据。相关多约束模型的建立和评估指标设计仍然是开放课题。

③ 频率共存与干扰处理技术。频谱资源是卫星通信网络的基础资源之一，对于系统建设和发展至关重要。当前卫星通信系统数量和规模不断增加，频谱资源日趋紧缺，为提升频率利用率，频率共存与干扰处理技术研究势在必行。目前已有的NGSO 卫星通信系统间的干扰分析和干扰减缓设计大多沿用 GSO 系统间的静态干扰分析思路，适用性有较大局限。考虑实际业务的动态分布情况，通过非合作或合作的方式实现NGSO卫星通信系统间干扰减缓和抑制，是按需服务卫星通信网络的重要研究方向。

④ 星载路由交换技术。星载路由交换技术是卫星通信网络的核心关键技术。基于星载再生处理、星载交换与星间链路组网，可以实现单星内业务交换以及星座网络内的多跳路由转发，因此卫星通信网络的服务范围不受信关站分布的约束。星载交换机根据路由计算的结果执行报文处理和转发。相应的路由计算分为分布式与集中式两类。分布式路由是指卫星自主完成路由计算，路由生成速度快，但面临局部网络信息下的全局最优策略估计、大时空尺度和动态网络拓扑下的路由快速收敛与环路规避等技术挑战。集中式路由主要依靠地面运控中心进行全网状态收集与全局路由计算，星载交换机执行运控中心指令进行网络转发处理和状态统计，其优势在于路由计算可以达到全局最优，在网络重负载下能够保障高优先级用户的服务质量，但面临低复杂度业务编排、同步和异步路由更新、大规模流状态监测等技术挑战。在软件定义卫星通信网络新技术框架下，星载路由交换技术将产生质的飞跃，系统可以对不同业务按照用户需求采用适时可定义的路由策略，例如，对常态化业务采用集中式路由策略，以提高网络全局服务质量，而对少量突发业务可采用自主分布式路由策略，从而提高网络重路由速度。

⑤ 软件定义卫星通信网络技术。软件定义卫星通信网络技术支持在线按需配置网络功能。这种在线按需配置通过控制面与数据面解耦来实现。软件定义的控制面扩展了传统路由的功能，可以部署在运控中心、卫星、信关站和用户站等网元，根据需求动态调整差异化的服务质量保障策略。软件定义的数据面，又被称为可编程数据面，可部署在卫星、信关站和用户站等网元，通过扩展传统网络交换设备的灵活性，实现报文解析、转发和状态采集等线速处理功能的在线可编程，支持卫星通信网络切片灵活配置，以及卫星通信网络私有协议、各类公网协议和专网协议的迭代演进。同时，控制面对业务流的全局优化管控、数据面对多样化网络协议的兼容处理都将带来计算复杂度和响应速度等方面的技术挑战，这些也成为按需服务卫星通信网络需要攻克的主要技术难题。