未来网络发展大会：2025卫星互联网承载网技术白皮书

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未来网络技术发展系列白皮书（2025） 卫星互联网承载网技术 白皮书 第九届未来网络发展大会组委会 2025年8月 版权声明 本白皮书版权属于紫金山实验室及其合作单位所有并受法律保 护，任何个人或是组织在转载、摘编或以其他方式引用本白皮书中的 文字、数据、图片或者观点时，应注明“来源：紫金山实验室等”。 否则将可能违反中国有关知识产权的相关法律和法规，对此紫金山实 验室有权追究侵权者的相关法律责任。 编写说明 主要编写单位： 紫金山实验室 北京邮电大学 主要编写人员： 刘韵洁、黄韬、刘江、潘恬、张然、王颖、郑宇冰、孙士然 I 前 言 随着 5G、人工智能、空天地一体化等新一代信息技术的迅猛发 展，全球数字化进程加速推进，卫星互联网作为实现全域无缝覆盖、 支撑数字边疆守护与全球互联互通的关键基础设施，其战略地位日益 凸显。与此同时，碳达峰、碳中和战略下绿色低碳发展的要求，以及 国家重大战略对通信韧性、产业升级的需求，为卫星互联网技术创新 与产业演进提出了更高标准。因此，如何突破轨道/频谱资源约束、 空间环境干扰等特殊难题，构建高效、可靠、智能的卫星互联网承载 体系，成为推动卫星互联网高质量发展的核心挑战。 传统卫星通信网络存在覆盖局限、资源利用率低、星地协同不足 等问题，难以满足全域通信、应急保障、产业赋能等多元化需求。卫 星互联网承载网作为连接卫星星座与地面终端的“太空信息高速公 路”，通过星间/星地链路技术、动态路由与交换技术等关键技术创 新，实现了数据的高效传输与交互，为破解传统网络瓶颈提供了系统 性解决方案。 本白皮书首先系统梳理了卫星互联网承载网的发展背景与需求 愿景，涵盖国家重大战略、产业经济升级、人民服务保障及全球科技 竞争等维度；其次详细阐述了通信增强、应急保障、产业赋能、科学 研究等典型应用场景，并深入剖析了集中式、分布式、混合式三种卫 星互联网承载网体系架构及星间/星地链路、路由、交换等七大关键 技术；同时，本白皮书分析了全球主要卫星互联网的产业现状与标准 II 化进展，探讨了轨道/频谱资源紧张、空间环境复杂等特殊问题及应 对策略，最后对未来发展方向进行了总结与展望。 本白皮书期望为业界提供对卫星互联网承载网的全面认知，促进 技术交流与创新协作，推动相关技术在国防安全、应急通信、智慧农 业等领域的广泛应用，助力我国卫星互联网产业从“技术并跑”迈向 “体系领跑”，为构建空天地一体化信息基础设施、支撑数字中国建 设提供有力支撑。 III 目 录 前 言......................................................................................................I 目 录...................................................................................................III 一、需求与愿景.........................................................................................1 1.1 国家重大战略需求......................................................................1 1.2 产业驱动经济升级......................................................................2 1.3 人民服务需求..............................................................................2 1.4 世界科技引领..............................................................................3 二、卫星互联网承载网概述.....................................................................1 三、卫星互联网承载网体系架构............................................................ 5 3.1 集中式架构..................................................................................5 3.1 分布式架构..................................................................................7 3.3 混合式架构..................................................................................9 四、卫星互联网承载网关键技术.......................................................... 12 4.1 星间/星地链路技术.................................................................. 12 4.2 路由技术....................................................................................18 4.3 交换技术....................................................................................22 4.4 移动切换技术............................................................................24 4.5 网络管理与控制技术................................................................27 4.6 网络测量技术............................................................................31 IV 4.7 仿真与验证技术........................................................................34 五、卫星互联网应用场景.......................................................................38 5.1 通信增强类应用场景................................................................38 5.2 应急保障类应用场景................................................................41 5.3 产业赋能类应用场景................................................................44 5.4 科学研究类应用场景................................................................47 六、卫星互联网承载网产业现状及趋势.............................................. 50 6.1 Starlink 进展...............................................................................50 6.2 OneWeb 进展..............................................................................51 6.3 Amazon Kuiper 进展..................................................................52 6.4 星网进展....................................................................................53 6.5 垣信进展....................................................................................54 七、卫星互联网承载网标准化现状...................................................... 56 7.1 3GPP 进展.................................................................................. 56 7.2 IETF 进展................................................................................... 58 7.3 ITU 进展..................................................................................... 59 7.4 CCSA 进展................................................................................. 61 八、卫星互联网特殊问题剖析.............................................................. 63 8.1 轨道/频谱资源紧张导致承载网容量瓶颈..............................63 8.2 空间环境复杂导致承载网链路可靠性下降...........................64 8.3 卫星互联网安全风险的承载网级联效应...............................65 8.4 星地融合难题对承载网端到端 QoS 的挑战..........................66 V 九、总结与展望.......................................................................................68 附录 A：术语与缩略语...........................................................................70 参考文献...................................................................................................73 1 一、需求与愿景 本白皮书创新性提出卫星互联网承载网这一前沿概念。卫星互联 网承载网是连接卫星与地面终端，实现数据高效传输与交互的关键网 络架构，如同信息高速公路一般，确保卫星互联网中的各类信息能够 快速、稳定地流通。具体而言，本章从国家战略需求、产业发展驱动、 人民生活需求以及世界科技发展趋势入手，深入分析卫星互联网承载 网在各领域的重要作用与发展契机。 1.1 国家重大战略需求 随着我国综合国力的不断提升，在经济、安全、外交等多领域对 信息技术的依赖程度日益加深，数字化转型成为国家发展的核心任务 之一。卫星互联网承载网作为新一代信息技术的重要基础设施，其重 要性日益显著，我国也在大力推动卫星互联网承载网基础设施的建设 和布局。国家对卫星互联网承载网的战略需求聚焦于数字边疆守护、 应急通信保障及“一带一路”互联互通三大场景。在数字边疆守护中， 我国通过天基与地面融合网络实现边境地区通信覆盖，如新疆 34 个 边境县城 5G 和千兆光网覆盖、西藏阿里地区中星 16 号高通量卫星 提供 20Gbps 通信容量，构筑“数字国界”的天基防线。应急通信保 障方面，卫星互联网承载网在灾害中发挥关键作用，2024 年甘肃积 石山地震中，通过便携站部署与星上资源调度，保障了 72 小时黄金 2 救援期的指挥链路畅通。“一带一路”建设中，承载网为沿线国家提 供跨境电商、远程医疗等服务支撑，促进区域信息共享与经济联动。 1.2 产业驱动经济升级 卫星互联网承载网正以“空天地一体化”架构重构产业生态，深 度融入国家“东数西算”与“算网能一体化”战略布局。通过卫星制 造、火箭发射、激光通信等核心技术的跨域协同，天基节点正成为绿 色算力网络的空间支点，驱动海洋经济、跨境贸易等产业向智能化、 低碳化跃迁，为区域经济联动注入新动能。产业链协同推动卫星制造 与火箭技术突破，如蓝箭航天完成火箭垂直起降回收验证，银河航天 发射 48Gbps 低轨宽带通信卫星，构建星地融合 5G 试验网络。海洋 经济领域，海卫通以“卫星+5G+AI”构建船岸云平台，提升船舶智 能化水平。青岛“星海互联”项目建设低轨卫星互联网海洋数据枢纽， 推动海洋产业升级。跨境经济中，低轨卫星互联网改善“一带一路” 国家通信条件，洲际航天与阿拉伯信息通讯组织合作的 6000 颗卫星 星座计划，将实现手机直连卫星大规模商用，弥合数字鸿沟。 1.3 人民服务需求 卫星互联网承载网正突破传统地面网络覆盖极限，将数字服务延 伸至山川、海洋、荒漠等物理空间末梢，在乡村振兴、民生应急、大 众消费三大领域重塑服务可及性。乡村振兴中，卫星互联网承载网赋 能智慧农业，新疆棉田通过智能灌溉系统节水 30%、增产 15%。云 3 南偏远山村电商销售额增长 200%，农民收入显著提升。生态环保领 域，承载网支撑三江源国家公园生态监测、长江经济带水污染防控， 实现全域动态监管。大众消费场景中，无人机配送时效提升 50%，低 空旅游与户外探险通过卫星通信保障安全，遇险救援响应时间缩至 15 分钟内。 1.4 世界科技引领 卫星互联网承载网正成为大国科技博弈的制高点。据国际电信联 盟（ITU）预测，2028 年全球天基网络市场规模将突破 4200 亿美元， 而核心技术标准主导权将决定未来产业生态格局。我国在星地协同协 议架构中占据主导地位，3GPP Release-19 吸纳“星间协同 Xn 接口增 强方案”，IETF《天基网络切片标识符草案》成为 RFC9437 标准。 技术突破方面，清华大学“智慧天网一号 01 星”实现中轨星间激光 通信 120Gbps 稳定传输，之江实验室“三体计算星座”构建星上算力 网络，提升应急响应效率。全球合作中，“天基丝路”平台为中老铁 路、瓜达尔港提供服务，技术模式被纳入联合国《空间 2030 议程》。 1 二、卫星互联网承载网概述 卫星互联网承载网是构建全球空天地一体化通信系统的关键枢 纽，其核心使命是贯通卫星星座、地面终端与地面核心网，实现跨地 域、跨域的高速数据传输与灵活调度。在整个卫星互联网的体系中， 卫星互联网接入网负责为用户提供“最后一公里”的接入服务，地面 核心网承担业务治理与资源编排，而卫星互联网承载网则在二者之间 形成一条覆盖全球的高速信息干线。这一承载体系以卫星星座为核心 节点，依托星间链路和星地链路，将分布在轨道各处的卫星节点与地 面信关站、高空平台等通信节点紧密连接，构成独立于地表的骨干通 信网络。与地面互联网中的光纤骨干网类似，卫星互联网承载网直接 决定了卫星互联网的通信能力上限，其性能优劣关系到系统能否真正 实现全球覆盖、低时延和高可靠的服务目标。 图 2-1 卫星互联网架构图 2 卫星互联网承载网的结构由在轨卫星、地面节点和多类型链路共 同构成。在轨卫星既包括低轨卫星，也包括中高轨道的区域中继节点， 它们通过高速星间链路形成一个动态的网状拓扑。这些卫星节点不仅 仅承担信号转发的作用，还具备一定的路由计算、缓存和处理能力， 使得网络在链路变化频繁的空间环境中依然能够保持高效的数据调 度。地面节点主要由信关站和核心骨干节点组成，前者承担卫星与地 面网络之间的数据注入与卸载，完成物理层和链路层的对接，后者则 与地面核心网紧密结合，实现跨域业务的统一编排与管理。链路方面， 星间链路主要采用高速激光通信或高频微波实现，具有大带宽、长距 离、低误码率的特性，是卫星互联网承载网的骨干通道；星地链路则 负责连接卫星与地面站，支持多频段传输以适应不同业务需求；同时， 承载网还需与地面光纤网或无线骨干网形成互联接口，实现跨域无缝 对接。由于卫星在轨运行形成高度动态化的拓扑结构，卫星互联网承 载网的控制平面必须具备快速的拓扑感知与预测能力，通过基于轨道 力学的链路预测实现路由的提前优化配置，并借助分布式控制与跨域 编排机制，在多域多业务并行运行的情况下保持网络稳定。 在能力特征方面，卫星互联网承载网的首要优势是全球覆盖。依 托大规模卫星星座的轨道布局，它可以为地面基础设施难以覆盖的海 洋、极地、沙漠等区域提供稳定的骨干通信服务，真正实现全域无缝 连接。其次是高速传输能力，现代星间激光链路单通道容量已可达数 十 Gbps，未来有望迈向 Tbps 级别，结合多链路聚合与智能路由，可 为全球范围的海量业务提供骨干传输支持。在时延方面，低轨星座单 3 跳传输延迟仅为数毫秒，跨洲通信延迟甚至可优于部分跨洋光缆路径， 满足对低时延敏感的应用需求。与此同时，卫星互联网承载网具备高 度的动态路由与自适应调度能力，能够应对卫星轨道变化、链路中断、 业务突发等复杂情况，保障业务连续性。此外，星座规模和节点分布 的高度冗余赋予了网络极强的抗毁性和弹性，在单点故障或区域性灾 害中仍能维持通信链路畅通，这对于应急通信、国防安全等领域具有 战略意义。 从网络协同的角度看，卫星互联网承载网与卫星互联网接入网之 间是骨干与接入的关系，接入网完成用户与卫星之间的直接通信，承 载网则负责将这些接入流量在全球范围内进行传递与交换。与地面核 心网的关系则更加紧密，核心网不仅提供业务控制与资源调度的逻辑 支撑，还与卫星互联网承载网形成控制信令与业务流量的双向交互， 共同完成端到端业务的传输与管理。在与地面承载网的关系中，卫星 互联网承载网起到互补与增强的作用，在地面光缆发达地区可以作为 低时延的跨洲通道或高可靠冗余链路，在偏远或基础设施受限的地区 则可独立承担骨干通信任务。此外，在空天地融合的网络架构中，卫 星互联网承载网还可与高空平台网络、无人机中继网络协同工作，构 建多