亞森江·阿布都熱合曼，段卓君，劉向南，管婉青，皇甫偉，張海君
（1.北京科技大學，北京 100083；
2.北京市融合網絡與泛在業務工程技術研究中心，北京 100083）
隨著移動通信技術的持續演進及應用需求的不斷擴展，傳統地面蜂窩網絡在覆蓋范圍和容量上正面臨日益凸顯的局限性，泛在連接的通信需求使衛星互聯網成為了無線通信領域的研究熱點[1]。特別是在偏遠地區、海洋、航空及緊急救援等特殊場景中，對高速、可靠且無縫覆蓋的通信服務的需求愈發迫切。衛星網絡因其提供無縫全球覆蓋，且相較于地面網絡具有較好的魯棒性和抗毀性等特點，在6G 泛在連接通信場景中將扮演至關重要的角色。但由于現有衛星網絡和地面網絡獨立組網，其各自的通信協議和網絡資源儲備量存在差異，導致地面移動用戶對于衛星網絡的實時適配還存在阻礙。因此，為實現6G 網絡的泛在連接目標，多網融合成為關鍵技術路徑，即如圖1 所示，通過融合天基網絡與地基網絡基礎設施，構建空天地一體化的星地融合網絡。星地融合網絡的主要思想是通過融合衛星和地面網絡，實現衛星網絡和地面網絡的優勢互補，達到更廣的網絡覆蓋范圍和更高質量的通信服務[2]。星地融合網絡不僅是解決現有通信瓶頸的關鍵途徑，更是6G 發展的重要趨勢和核心研究方向。
星地融合網絡具有多層立體覆蓋、動態時變網絡拓撲、跨域協同傳輸等顯著特點，其研究重點集中在以下幾個方面：1）彈性可重構的網絡架構設計，以適應衛星高速移動導致的網絡拓撲結構的動態變化；
2）跨域多維資源管理和優化，以提高跨網絡多維資源的利用率；
3）高效可靠的星間、星地鏈路的隨機接入技術，通過統一的接入標準實現地面網絡和衛星網絡之間的無縫銜接。其中，為實現融合網絡高效互聯互通，并打破兩者之間的壁壘，迫切需要設計融合資源協調調度方案。實現異構資源的統一調度，并兼顧其高動態性和隨機接入特性，最大化資源利用率。
本文分析了星地融合網絡資源管理的研究進展，基于此總結了星地融合網絡資源管理面臨的挑戰。并針對這些挑戰，從移動性管理、異構網絡資源分配、空口統一三個關鍵研究方向總結了現有技術發展、深入分析總結了在這三個研究方向仍面臨的挑戰，給出了解決策略和未來發展方向。
由于現有衛星網絡與地面6G 網絡在組網結構、空口協議和移動性管理等方面存在顯著差異，導致兩者的資源互通性差。因此，針對地面網絡和衛星網絡資源的不均衡分布現狀，亟需設計一種能夠兼顧地面與衛星網絡資源特性的靈活資源管理框架，實現高效的跨網絡資源協同調度機制。
1.1 星地融合網絡資源管理研究現狀
隨著用戶的海量增長以及場景多樣化、設備密集化等形勢的出現，且衛星網絡所固有的高速移動性挑戰，衛星網絡現有的信道資源管理、功率資源管理、波束管理等網絡無線資源管理方案不能滿足下一代通信網絡需求[3]。因此，如何在嚴格受限的資源框架內設計并實施一套兼顧移動性管理、適應統一空口協議要求的靈活資源分配方案，從而提升整體資源利用率，已成為星地融合網絡研究的核心議題之一。
信道資源作為網絡無線資源的重要部分，設計靈活可擴展的信道分配策略一直以來都是無線通信的研究重點，傳統的信道分配策略采取的是固定分配的方式，這種方式對于動態變化的衛星網絡而言，信道利用率極低。隨著動態信道分配方式的提出，不僅顯著減少了用戶因資源爭用而排隊等待通信的頻次，而且特別針對衛星網絡中用戶的高移動性特性，有效提升了通信服務的穩定性和質量。此外，動態信道分配在多波束衛星提高頻譜資源利用率和減少信道干擾等方面也具有優秀的表現。近些年來，隨著人工智能技術的快速發展，深度強化學習的方式被應用在了信道資源的分配策略中，基于深度強化學習的動態信道分配算法能夠顯著地降低阻塞概率，提高頻譜效率和網絡承載流量[4]。另有Zhang[5]等，同樣采用深度強化學習的方式，但考慮到了LEO 衛星的約束能量等問題，提出了新的基于強化學習的節能信道分配方案，大量節省了衛星網絡能耗，緩解了衛星網絡中信道資源緊張的問題。
衛星網絡由于其信號傳輸跨越地空距離，因此相較于地面無線通信系統，需要采用更高的發射功率以克服沿傳播路徑的顯著損耗效應。鑒于此，設計并實現一套精密且高效的功率管理策略，在確保衛星通信網絡性能優化及資源有效利用方面顯得尤為關鍵和迫切。傳統的功率分配算法包括固定功率分配、動態功率分配以及混合功率分配等，但這些算法在功率利用率和功率干擾方面均存在一定問題。而人工智能在解決復雜資源管理問題上具有顯著優勢，Xu[6]等比較了五種不同的動態功率分配人工智能算法，盡管五種算法在魯棒性、最優解、可使用條件等方面存在差異，但其在功率利用率上相比于傳統方式都有更優秀的表現。在未來，可以預見的是利用人工智能技術在多域資源的管理設計上都可以給出更優的解決方案。
1.2 6G星地融合網絡資源管理面臨的挑戰
星地融合網絡作為一種集衛星系統和地面通信于一體的網絡，與傳統的地面或衛星網絡相比，受到不同網絡平面中有限和不平衡的網絡資源的約束。在星地融合網絡中，衛星網絡和地面通信系統具有不同的資源特性和需求，衛星系統通常覆蓋范圍廣，但數據傳輸速率較低；
地面網絡可以在人口稠密地區提供高容量服務，但在偏遠地區無法提供足夠的覆蓋。6G 星地融合網絡資源優化管理面臨的核心挑戰主要包括：針對衛星和地面網絡動態移動特性設計高效靈活的移動性管理策略；
實現跨網絡多維資源的統籌規劃與智能調度，以適應衛星廣域覆蓋但傳輸速率受限以及地面網絡在城市區域高容量服務與偏遠地區覆蓋不足之間的差異性需求；
此外，還需要研究能夠兼容星地兩種異構網絡環境的統一空口協議，以促進不同網絡平臺間無縫切換與協同工作，確保整個星地融合網絡系統的性能最優化及資源利用效率的最大化。
國際標準化組織對新一代星地融合網絡提出了全新的通信標準，這對星地融合網絡資源管理關鍵技術提出了更高的要求，例如更靈活的資源調度方案、更有效的業務連續性保障和干擾協調等。6G 星地融合網絡架構的設計中需要考慮網絡資源部署的靈活性和擴展性，兼容透明轉發和星上處理模式，考慮不同的傳輸條件、不同的傳輸時延以及鏈路動態切換等因素，通過網絡的柔性適配能力實現星地融合網絡的靈活部署、優化和擴展[7]。且目前的衛星網絡在通信協議標準化程度上，相較于高速發展的地面網絡仍存在較大差距，還無法與地面網絡協調調度多維網絡資源，所以需要進一步對衛星網絡和地面網絡使用的移動性管理及空口協議和標準進行統一和協調，確保星地融合網絡資源的高效靈活調度。
移動性管理涉及到用戶在波束間和衛星間的無縫切換，需要攻克波束間的數據重傳機制以及衛星之間的協同性和數據傳輸的連續性難題。資源管理則需要考慮如何有效利用有限的網絡資源，以滿足不同服務和應用的需求。此外，針對衛星網絡和地面網絡使用的通信協議和標準存在差異，且缺乏統一的空口管控標準的問題，亟需研究統一的管控中心和相互兼容的空口協議，設計一種能夠協調調度異構網絡資源的協議體系，確保通信的順暢和兼容性。因此，在未來的星地融合網絡研究中，需要進一步探索這些關鍵研究方向，以推動衛星與地面系統的有效集成、協議優化、資源協同管理和分配。
現有地面網絡的移動性管理已經發展得較為成熟，能夠為在地面高速移動的用戶提供穩定的通信保障[8]。但針對星地融合網絡的高動態特性，需要聚焦用戶無縫切換的需求，進一步探索符合融合網絡特性的移動性管理技術，確保在擴展網絡覆蓋范圍的同時，優化資源適配，提供穩定、高質量的通信服務，進而充分挖掘和發揮星地融合網絡的潛力和優勢。
2.1 近地軌道衛星的切換技術
LEO 衛星憑借著更低的發射成本、更短的信號往返時延和更高的通信質量，相較于中軌衛星和地球同步軌道衛星成為了近年來學術界研究的重點。而低軌衛星物聯網也是空天地海一體化網絡的重要組成部分，是延伸地面網絡的關鍵[9]。因此，對于LEO 衛星網絡的移動性管理研究是星地融合網絡的重要挑戰之一。用戶對網絡隨機接入、切換的需求同LEO 衛星高速運動的特點是移動性管理的主要考量因素。如圖2 所示，目前常見的LEO移動性管理的衛星切換策略可分為兩種，分別為波束間切換和衛星間切換。
（1）波束間切換
波束切換是指用戶在接收同一顆衛星的服務時，可能會在該衛星提供的不同波束間進行通信鏈路的變化。對于波束間切換主要是將實現信道的合理分配作為主要目標，例如提供預留信道的方式完成新用戶在該波束下的接入，但由于信道資源緊張，該低信道利用率的方式早已不適用。隨著LEO 衛星互聯網的快速發展，高速頻繁的切換使衛星的移動性管理需要考慮的因素越來越多，因此設計高性能的多因素決策切換方案也是該領域上的挑戰。如Wang[10]等在考慮剩余空閑信道之外，還綜合考慮了平均接收功率、衛星剩余服務時間、用戶偏好等因素，設計的切換模型在星間切換次數和平均信道利用率等方面都優于傳統切換方案。此外，由于新無線電（NR,New Radio）接入LEO 衛星網絡，對以往的切換方案提出了更大挑戰，例如高切換頻率、長通信距離以及同一衛星發射多個高增益波束導致的終端經歷的下行鏈路干擾增加[11]。且考慮到LEO 衛星數量正大幅增長，單一用戶將同時位于多個衛星波束覆蓋范圍內，因此相較于考慮單一衛星波束下的切換，綜合考慮多衛星、多波束間的切換問題是6G 星地融合網絡移動性管理策略中保障用戶通信連續性的研究切入點。
（2）衛星間切換
隨著大規模多輸入多輸出技術的成熟，將采用信道預編碼的多輸入多輸出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）技術應用于LEO 衛星通信，使用戶波束間切換的問題得到了一定的改善。由Sun[12]等提出的基于LEO的非地面網絡多屬性條件切換方案，通過計算終端在衛星的停留時間以及測量參考信號接收功率等信號強度，構建出效用函數選取最佳接收方案。還有將用戶和衛星的關系構建成圖提出的基于圖論的管理框架，根據不同的切換準則配置鏈路權重，利用最短路徑算法計算出最優的衛星接入方案[13]。在未來，衛星的超密集部署將為成為LEO 衛星星座的重要特征，只通過接收單一衛星服務造成的頻繁星間切換可能會導致衛星資源的浪費，對此可以考慮將多個衛星進行分組，同組衛星下實現用戶信息共享來減少切換負擔、優化星間切換。例如，Abdelsadek[14]等則考慮將地面用戶終端接入一組衛星中，提出了基于分布式MIMO 技術的新型LEO 衛星結構。利用人工智能的移動預測，綜合考慮網絡流量熱點分布、流量預測以及切換決策對未來環境的影響等多個因素，實現出基于深度強化學習的智能切換方案將會是未來移動性管理設計的重要方向。
2.2 面向星地融合網絡的移動性管理
由于星地融合網絡中融合組網的結構，使其在進行移動性管理研究時需要針對網絡中衛星和用戶的雙重移動性進行綜合考慮。LEO 作為星地融合網絡中衛星網絡的重要組成部分，因其密集部署和快速移動特性導致的頻繁鏈路切換，對現有的移動性管理機制設計中的通信、存儲、計算等網絡資源提出了更大挑戰。設計更優化的移動性管理方案提高用戶切換成功率和減少不必要的網絡開銷是目前亟待解決的問題。
綜合學者目前針對星地融合網絡提出的衛星移動性管理方案，其研究方向可大致分為兩類。首先是對于星地融合網絡下的衛星切換決策進行考慮，例如綜合考慮衛星仰角、空閑信道數、剩余服務時間等指標，選取合適的目標衛星進行切換以實現對切換成功率、切換開銷、切換時延等性能的優化。基于以上考慮，王汝言 [15]等提出了基于多目標優化的星間切換決策，在該方案中考慮了多用戶和業務切換時的星上傳輸資源不足的問題，同時對平均數據速率和網絡負載目標進行優化處理，降低切換請求次數并提升了切換成功率。此外，將地面通信網向LEO 衛星網的業務分流概率等多個影響因素考慮在內，構建多屬性動態優化深度學習模型，也是以后優化星地融合網絡移動性管理的重要方向[16]。另一個星地融合網絡移動性管理的研究方向則是優化星間切換方式，通過減少信令回傳次數與網絡流量開銷來降低衛星切換時延[17]。例如，如圖3 所示，通過將網元功能部署到衛星中，構建空中移動網絡，避免了切換請求在衛星和地面站之前的發送和回傳，可以有效地降低切換過程的耗時。另外，構建新的衛星切換機制也是這一方向下的解決辦法之一。例如，Ji[18]等主要關注星地融合網絡中的衛星高速移動屬性，將地面用戶的低速移動視作相對靜止，并提出在當前時刻同一顆衛星下服務的大多數用戶將移動到下一衛星的策略，提出了一種用戶聚合的切換策略。在這種策略下，將用戶適當分組，使多次的星間切換轉變為單次的聚合切換，減少了大規模用戶切換帶來的網絡壓力。未來，進一步將用戶的移動預測等多種動態因素考慮在內，是設計適合星地融合網絡動態性特點的移動性管理方案的重要方向。
圖3 LEO衛星網絡星間切換過程
星地融合網絡具有廣域覆蓋的特點，需要為大量地面用戶提供服務，滿足大規模用戶接入和高速率通信的需求，亟需提高資源利用率、系統通信容量。如何實現通信、感知、計算、存儲、導航、遙感等資源的靈活分配及高效利用，從而提高資源利用率成為面向6G 的星地融合網絡亟待解決的難題。針對圖4 所示的星地融合網絡資源架構，本文通過通信域多維資源管控和感知、計算、存儲、導航、遙感等資源高效融合兩個方面對資源管控技術進行闡述。
圖4 6G網絡與衛星網絡融合資源架構圖
3.1 星地融合網絡通信域多維資源管理
隨著移動通信業務廣度和深度的快速發展，全球互聯網終端爆發式增長，導致無線網路頻譜資源的緊缺。為了滿足不斷增長的移動終端的高性能通信需求，ITU 指出需要將現有無線網絡頻譜使用效率提高十倍左右[19]。而目前根據FCC 的調研結果表明，現已固定分配的頻譜資源利用效率低于15.2%[20]。因此，在現有水平上頻譜資源利用效率有較大的提升空間。
衛星網絡中由于鏈路預算不足和波束間的同頻干擾問題，其頻譜效率目前遠低于地面網絡。針對此問題，通過靈活跳波束方案，可以根據星地融合網絡中的業務和通信容量需求，實現網絡中資源的動態按需調度。
針對星地融合網絡由于地面網絡與衛星網絡共享頻率帶來的頻譜資源緊張問題，在考慮到衛星網絡高速移動性的前提下，一種基于非穩態多臂老虎機（MAB,Multiarmed Bandit）的LEO 衛星跳波束時隙分配方案被引入衛星網絡[21]。基于非穩態MAB 模型，采用波束等級劃分技術對傳統的BH 技術進行了改進，實現了衛星網絡在高速時變的前提下不依賴于較高計算資源的動態波束時隙分配，有效提高了衛星系統的頻譜效率。
考慮到星地融合網絡頻譜資源分布不均且時變的環境，一種結合認知無線電和跳波束技術的波束調度方案被引入星地融合網絡，實現靈活適應融合網絡下終端數量和可用頻譜資源的動態變化，提高系統的頻譜效率和能效效率[22]。基于CR 和非正交多址（NOMA,Non Orthogonal Multiple Access）技術，可以進一步研究自適應動態多址（ADMA,Adaptive Dynamic Multiple Access）方案，提高星地融合網絡頻譜資源的動態自適應性，最大限度地利用系統頻譜資源。
為了提高星地融合網絡中頻譜資源的利用率，一種基于深度強化學習的動態波束方向圖和帶寬分配方案被引入星地融合網絡[23]，通過靈活利用頻率資源，高效處理時變業務需求，同時考慮到動作空間的爆炸問題，基于多智能體合作的深度強化學習框架可以實現非均勻時變的業務請求與星地融合網絡頻譜資源的高效匹配。此外，在基于認知無線電的跳波束和ADMA 技術下，共同設計波束調度和多址，進一步發展頻譜效率，提高系統接入能力是未來提高星地融合網絡頻譜效率的重點關注和研究方向。
3.2 星地融合網絡的通感算存導遙融合資源管理
日趨豐富的星地融合網絡應用場景對網絡資源交疊融合提出了更高的要求。星地融合網絡中如何有效地分配和調度網絡資源，以應對復雜和多變的服務需求是亟待解決的難題。通過在星地融合網絡邊緣部署具有通信、感知、計算、存儲、導航、遙感等多維資源的節點，研究分布式計算和路由控制技術，基于非監督學習設計通感算存導遙多維資源的動態管控策略，構建多維資源融合的網絡虛擬化架構，可以實現星地融合網絡中通感算存導遙資源的高效利用。
星地融合網絡中，根據是否需要中心節點收集全局信息，通感算存導遙資源的融合管控機制可以分為集中式和分布式兩種。集中式方法的主要解決方案包括凸優化、近似算法、啟發式算法以及機器學習算法；
分布式方法的主要解決方案包括博弈論、匹配論、拍賣、聯邦學習以及區塊鏈。而隨著星地融合網絡規模的快速擴大，集中式聯合管控機制已無法適應面向6G 的星地融合網絡業務需求。因此，研究基于分布式的通感算存導遙資源聯合管控技術是未來重點關注的研究方向。
通過構建基于多維資源相融合的分布式虛擬網絡架構，可以實現3C 資源的高效融合以及聯合分配優化。星地融合網絡中的計算資源包括星上計算資源和地面計算資源，地面網絡借助于云邊協同的分布式計算等方案，具有更強大的計算能力，但其服務范圍受限。星上計算資源服務范圍更廣，但由于衛星網絡中缺乏部署輕量化的高性能計算資源組件，其計算能力相對較弱。在星地融合網絡中的存儲和計算資源輔助通信，存儲和通信資源輔助計算以及通信和計算資源輔助存儲場景中，3C 資源的優化存在動態自適應性。
針對星地融合網絡中通感算存導遙資源的聯合調度問題，分布式計算被視為緩解星地網絡資源緊張的有效方案。通過對系統中不同類型的業務進行編排和調度，并根據業務屬性，將計算任務卸載到多個計算節點上進行并行計算，可以實現通感算存導遙資源的按需靈活調動，降低對計算節點的算力資源要求。一種基于協同緩存的虛擬LEO 星地網絡中緩存布局和功率分配的聯合優化策略被引入星地融合網絡[24]，在考慮到計算資源和存儲資源計算梯度的前提下，實現了分布傳輸的同時進行計算，并基于蜉蝣算法的智能優化算法，在有效提高系統性能的同時進一步降低了功耗。此外，考慮到云、邊緣和本地計算資源的高效融合，基于分布式深度學習的計算卸載方案可以獲得靈活高效的卸載決策和資源分配結果[25]。該方案在適應時變的服務需求的同時，有效降低了卸載決策和資源分配的系統功耗，有助于實現星地融合網絡通感算存導遙多維資源的有效聯合管控。
在面向6G 的星地融合網絡中，統一的空口協議棧設計是實現異構網絡的深度融合、網絡資源協調調度的關鍵，也是實現終端在波束間及星間切換時的隨機接入和全球無縫覆蓋的重要方式。傳統的組網設計中，衛星網絡和地面網絡組成相互獨立，兩者的信道特性有著較大差異，空口標準并不統一。考慮到星地融合網絡具有動態性和非均勻時變的特點，簡單的統一標準已不能滿足新型網絡架構下的通信需求[26]。如圖5 所示，面向地面接入節點、關口節點等星地接入差異，需要采用統一的管控中心和相互兼容的空中接口，設計靈活的星地融合網絡統一空口協議棧，實現星地空口兼容，滿足海量終端接入星地融合網絡需求的同時實現網絡資源的靈活適配是未來空口傳輸技術的研究重點。
圖5 6G星地融合網絡下統一空口協議棧示意圖
4.1 衛星網絡與6G移動網絡的空口協議適配技術
在面向6G 的星地融合網絡的背景下，將會實現空、天、地、海的泛在連接，其實現統一空口設計的關鍵則是在于采用參數可變的空口配置技術，以達到用戶可靈活自匹配接入的目的[27]。隨著衛星網絡與地面通信網絡的融合發展，6G 網絡中統一空中接口已成必然趨勢，這使得衛星通信和地面通信可以采用相同的空口設計方案。這種統一的空中接口有助于實現地面網絡和衛星網絡之間的無縫銜接，實現網絡資源的按需調度以提供高質量的通信服務[28]。在統一的空口設計中需要配置不同的參數，使得星地融合的同時能夠適合各自的網絡特性。這其中的參數包括波形、編碼和調制方式、多址接入方式等。
在設計新的波形時，應考慮到衛星通信與地面通信系統的差異性，衛星通信具有時延大、信道容量小、傳輸功率受限等特點。在衛星通信系統中，由于射頻信號需要經過大氣層的傳播，信號傳輸路徑相對較長，導致傳輸時間增加，從而產生較大的時延。設計的新波形應該能夠有效地減少傳輸時延，以確保實時應用的順暢進行。其次，由于衛星頻譜資源有限，而且受干擾影響較大，衛星通信系統的信道容量通常比地面通信系統低。因此，在設計新的波形時，應考慮如何利用有限的頻譜資源來提供更高的信道容量。此外，由于在衛星通信系統中衛星距離地面較遠，信號傳輸過程中會經歷較大的衰減。為了保證信號的可靠接收，需要提供足夠的傳輸功率。然而，衛星的功率是有限的，因此新的波形方案應充分利用有限的功率資源，實現更高的功率效率。
根據ITU NET-2030 重點小組白皮書，至少在初期階段6G 非地面網絡（NTN,Non Terrestrial Network）將由5G NTN 演變而來[29]。目前移動網絡中NR 是以多載波波形循環前綴正交頻分復用（CP-OFDM,Cycle Prefix Orthogonal Frequency Division-multiplexing Modulation）波形為核心，其具有高頻譜效率的特點，且可以與MIMO 技術結合使用，以實現更高的系統容量和頻譜效率[30]。在考慮高頻譜和功率效率或低信號峰均比的條件下，一種基于離散傅里葉變換擴頻正交頻分復用（DFT-s-OFDM,Discrete Fourier Transform spreading Orthogonal Frequency Division Multiplexing）時域壓縮擴展增強（TD-CE,Time-domain Compression and Expansion）和頻域頻譜整形（FDSS,Frequency-domain Spectral Shaping）的統一非正交波形（uNOW,Unified Nonorthogonal Waveform）在上行覆蓋有限的環境下表現出了良好的性能，uNOW 同時將TD-CE 和FDSS 納入考慮，很好地改善了信號峰均比和吞吐量增益。
鑒于現有全球移動用戶數量便呈不可抑制的爆發式增長趨勢，在未來的星地一體融合網絡下，用戶數量將會更多，終端設備類型更加復雜。非正交多址技術憑借相比于傳統正交多址技術具有的低延時、高頻譜效率、可支持數量大的特點，將會成為6G 網絡多址技術的基礎或者過渡[31]。針對擴大星地一體化網絡覆蓋范圍并提高頻譜效率的需求，通過智能反射面（IRS,Intelligent Reflecting Surface）輔助上行傳輸方案，地面站通過非正交多址技術與衛星通信，直接用戶和阻塞用戶則各自通過空分多址和IRS 輔助非正交多址技術接入蜂窩網絡，可以實現在低復雜度算法下星地融合網絡的遍歷和速率最大化[32]。此外，面向6G 的星地融合網絡，通過將AI 引擎融入移動通信網絡架構中，可以有效滿足大規模用戶高效、靈活接入并支持星地融合網絡多元化服務場景的需求[33]。
同時，考慮到星地一體化網絡中包攬不同高度軌道的衛星以及其高速移動的問題，在設計融合網絡資源協調適配方案時，統一的空口設計需要著重于提升頻譜效率和適應網絡的靈活性，以解決時頻同步和低時延快速接入的問題。
4.2 6G星地融合網絡下的統一空口協議設計
面向6G 的星地融合網絡中，一體化網絡所面臨的挑戰之一是衛星網絡和地面蜂窩網絡之間的空口協議不統一問題。針對地面蜂窩網絡接入節點和衛星關口節點接入協議中存在的差異，需要設計靈活統一的終端和空口協議，通過無線接入網（RAN,Radio Access Network）和核心網（CN,Core Network）的有效集成，基于控制網元智能部署技術和智能移動管理技術可以構建統一的控制平面和用戶平面。由此實現星地融合網絡的空口兼容，海量終端的無縫切換。
在現有的星地融合網絡架構中，CN 與RAN 完全分離且置于地面，這大大增加了往返時間。從而導致現有的星地融合網絡體系結構無法滿足延遲敏感服務需求。此外，不同的星地融合網絡組件使用差異化的空口協議，這增加了協議棧的復雜度。為了滿足6G 數字孿生、智慧泛在等新型應用需求，需要對網元接口進行重構，定義新的用戶平面和數據平面接口，并為寬窄帶通信和物聯網等應用針對性地設計空中接口各層協議。
在星地融合網絡架構中，對網元進行虛擬化和軟件化處理技術的引入使得傳統的地面蜂窩網絡與衛星網絡的融合變得更為靈活和可實現。通過高度虛擬化，網絡功能能夠以軟件的形式部署和管理，這為星地融合網絡的靈活性和可擴展性提供了新的研究方向。這種新型架構的出現，也意味著對網絡設備和資源的更為智能化的管理，能夠更加靈活地適應不同的通信需求和場景。在現有非地面網絡架構的基礎上，一種靈活、扁平化的星地融合網絡架構被提出[34]。該網絡架構中，通過對網元進行高度虛擬化和軟件化，重新定義了用戶與控制平面之間的接口，并將CN 必要的核心功能部署于衛星網絡中，達到CN 和RAN 有效集成的目標，簡化了信令交互過程，實現了空口的兼容和數據的高速傳輸。
在設計星地融合網絡中統一空口協議的過程中，時間絕對同步是實現無縫接入的一個關鍵問題。隨著6G 技術的不斷推進，許多新興的垂直行業應用都對空中接口的授時精度提出了要求。在考慮星地融合網絡中衛星高速移動性的前提下，一種基于物理層信號的空口高精度定時方法被引入移動網絡[35]。通過在空口層對地面網絡和衛星網絡的空口進行集成，終端設備使用相同的物理層協議實現對衛星網絡或地面蜂窩網絡的低時延無縫接入。與現有全球導航衛星系統（GNSS,Global Navigation Satellite System）、網絡時間協議（NTP,Network Time Protocol）以及精確時間協議（PTP,Precision Time Protocol）等授時方法相比，該方法以相對較低的成本實現了微秒級授時精度，有效減少了空口協議的運行耗時。
面向6G 的星地融合網絡中，構建一個能夠實現衛星網絡與地面網絡無縫對接、滿足海量終端無縫接入需求的融合網絡是重要的發展方向。在這個萬物互聯和日益智能化的時代，構建一個統一的管控中心和相互兼容的空中接口，設計靈活多變的星地融合網絡統一空口協議棧，是星地一體化網絡空口協議設計的關鍵焦點。這一策略的實施將不僅為未來通信技術的進步提供新的思路和方向，更將極大地推動6G 時代全新應用場景的實現和發展。
隨著移動網絡在全場景廣域覆蓋需求的增加，衛星通信系統與地面蜂窩系統的深度融合已成為必然趨勢。面向6G 的星地融合網絡中移動性管理、資源管理和空口協議研究是實現網絡資源高效融合的關鍵攻克方向。針對LEO 衛星網絡的移動性管理問題，本文闡述了智能化背景下無縫波束間和衛星間切換策略，并總結了未來星地融合網絡中切換策略的重點關注和研究方向。此外，考慮到星地融合網絡中衛星和地面用戶移動特性的差異，基于現有的多目標優化的星間切換方案，展示了未來星地融合網絡移動性管理的重要方向；
針對星地融合網絡中的資源管控方案，本文首先闡述了現有通信域多維資源管控策略及存在的問題，從而引出未來發展方向。其次，闡述了實現融合網絡多維資源高效融合的技術基礎和原理，這些技術的不斷創新和發展將為星地融合網絡的進一步完善和未來通信技術的革新發展提供強有力的支持；
針對星地融合網絡星地接入方式之間存在較大差異的問題，本文圍繞核心網與無線接入網有效集成以及統一空口協議中的時間同步策略這兩個核心方面展開討論，講述了未來星地融合網絡中統一空口傳輸機制的發展方向。
在面向6G 的星地融合網絡資源管控技術中，考慮到衛星相對地面用戶的高速運動帶來頻繁的網絡切換，波束和衛星間切換成為星地融合網絡移動性管理方案中的關鍵問題。為了實現無縫波束間切換，星地融合中網絡需要設計在不同波束間的數據重傳機制，確保切換過程中的數據傳輸連續性和通信質量。針對衛星間切換方案，還需要提高衛星之間的協同性和數據傳輸的連續性，以確保移動設備在切換過程中不會出現中斷或數據丟失。
星地融合網絡資源管控方案的設計是構建未來通信體系中的關鍵環節，涉及通信域頻譜、波束、時隙等多維資源管控以及感知、計算、存儲、導航、遙感等資源的高效融合。在這個新興的網絡范式中，資源管控技術的發展成為了推動網絡性能和效率的關鍵。通過跳波束技術、非穩態MAB、認知無線電、ADMA 等技術，可以顯著提高星地融合網絡通信域資源的利用率。基于非監督學習的分布式計算、路由控制技術，可以實現星地融合網絡中通感算存導遙資源資源的有效融合，從而達到有效分配和調度網絡資源，應對未來融合網絡中的復雜和多變的服務需求。
在現有星地融合網絡中，星地接入方式之間存在著較大差異，導致整體通信系統缺乏統一的管控中心和相互兼容的空口協議。這種差異性會阻礙星地融合網絡資源的高效協調適配，因此需要著重考慮未來星地融合網絡中實現統一空口傳輸機制的設計。
符合星地融合網絡高動態特性的資源聯合管控方案的實施將極大地促進6G 時代星地融合網絡全新應用場景的落地與發展。通過衛星網絡和地面網絡的協同，將為智能交通、遠程醫療、虛擬現實等更廣泛領域的應用提供支持。面向6G 的星地融合網絡的實現將帶來前所未有的通信能力，推動這些領域的技術革新和發展。同時，這也將為數字經濟時代的到來奠定基礎，提供更為便捷、高效的通信支持。因此，這些研究方向的深入不僅對通信技術本身有所推動，更將對整個社會產生深遠的影響，開啟一個嶄新的天地一體化時代。
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