隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術的飛速發(fā)展與普及，其應用邊界正從傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡向天空、乃至太空延伸，催生了空天地一體化網(wǎng)絡（Space-Air-Ground Integrated Network, SAGIN）這一革命性架構。在這一前沿領域，星地融合網(wǎng)絡技術扮演著至關重要的核心角色。武漢大學研究團隊在《Engineering》期刊上發(fā)表了一篇關于星地融合網(wǎng)絡技術在空天地一體化領域中應用的全面綜述，系統(tǒng)性地梳理了該技術體系的關鍵進展、核心挑戰(zhàn)與未來趨勢，為物聯(lián)網(wǎng)技術的全域泛在連接描繪了宏偉藍圖。
一、空天地一體化網(wǎng)絡：物聯(lián)網(wǎng)的新疆域
空天地一體化網(wǎng)絡旨在將衛(wèi)星網(wǎng)絡（天基）、空中網(wǎng)絡（空基，如無人機、高空平臺）與地面網(wǎng)絡（地基）有機融合，構建一個立體化、全覆蓋、高彈性、智能化的綜合信息基礎設施。這一架構能夠突破傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡在地理覆蓋、應急通信、廣域物聯(lián)等方面的局限，為智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、災害預警、遠洋運輸、精準農(nóng)業(yè)等海量物聯(lián)網(wǎng)應用提供無處不在的連接能力。武漢大學團隊指出，實現(xiàn)這一宏偉目標的關鍵，在于高效、智能、自適應的星地融合技術。
二、星地融合網(wǎng)絡的核心技術體系
武漢大學團隊的綜述深入剖析了星地融合網(wǎng)絡的技術支柱：
- 異構網(wǎng)絡融合與智能管理：如何實現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡（如低軌星座、高軌衛(wèi)星）、空中平臺與5G/6G地面網(wǎng)絡在協(xié)議、資源、控制層面的無縫融合與協(xié)同，是首要挑戰(zhàn)。團隊重點討論了基于軟件定義網(wǎng)絡（SDN）、網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）和人工智能（AI）的動態(tài)資源調(diào)度、智能路由和切片管理技術，這些技術能夠根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的多樣需求（如時延、帶寬、可靠性），自動優(yōu)化全網(wǎng)資源分配。
- 高頻段與高通量傳輸技術：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，以及大規(guī)模MIMO、智能波束成形等關鍵技術在星地場景下的應用與適配挑戰(zhàn)。
- 星上處理與邊緣計算：將計算能力“推”向網(wǎng)絡邊緣乃至衛(wèi)星平臺，是降低物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務時延、減輕星地傳輸壓力的有效途徑。團隊分析了星上處理（如數(shù)據(jù)過濾、協(xié)議轉換）和星載邊緣計算節(jié)點的架構與算法，它們能對遙感IoT數(shù)據(jù)、傳感信息進行在軌實時處理。
- 網(wǎng)絡與信息安全：空天地一體化的開放環(huán)境使其更易遭受攻擊。綜述了針對星地融合網(wǎng)絡的物理層安全、跨域認證、加密傳輸和入侵檢測等安全加固策略。
- 物聯(lián)網(wǎng)專屬優(yōu)化：針對物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量巨大、功耗敏感、業(yè)務稀疏等特點，團隊探討了適用于星地融合網(wǎng)絡的隨機接入、功率控制、群組管理和非地面網(wǎng)絡（NTN）增強型窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）技術。
三、挑戰(zhàn)與未來展望
盡管前景廣闊，星地融合網(wǎng)絡在支撐物聯(lián)網(wǎng)應用時仍面臨諸多挑戰(zhàn)：星地鏈路的高動態(tài)性與長時延對協(xié)議設計的影響、覆蓋與容量的動態(tài)平衡、巨量異構設備的統(tǒng)一身份管理與移動性支持、以及系統(tǒng)級的能效優(yōu)化問題。
武漢大學團隊展望，未來星地融合網(wǎng)絡將與人工智能、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等技術深度結合，向“智能融合”演進。通過構建空天地一體化的數(shù)字孿生網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)對物理網(wǎng)絡的精準映射、狀態(tài)預測與自主優(yōu)化。6G技術標準已將空天地一體化作為核心場景，星地融合網(wǎng)絡必將成為6G時代萬物智聯(lián)的基石。
四、
武漢大學團隊的這篇綜述，不僅系統(tǒng)性地了星地融合網(wǎng)絡技術支撐空天地一體化物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術與研究現(xiàn)狀，更清晰地指明了未來的技術演進路徑。星地融合網(wǎng)絡的成熟與普及，將徹底打破連接的空間壁壘，使物聯(lián)網(wǎng)真正實現(xiàn)“全球覆蓋、隨遇接入”，為人類社會數(shù)字化轉型和全球可持續(xù)發(fā)展注入強大的網(wǎng)絡動能。
