低空智联网赋能低空经济的思考与探索

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���E�����0 低空智联网赋能低空经济的思考与探索 宋杰 周建锋 王卫斌 (中兴通讯股份有限公司,深圳 518057) 摘要:低空经济作为新兴产业,正成为新的经济增长点。 首先,介绍低空经济的基本概念,分析低空经济 成为热点的原因。 其次,针对低空业务的通信特征,分析通信网络面临的挑战,总结了低空经济对通信 网络的关键需求;提出了以 5G-A 通感智算网络为底座的低空智联网体系架构,阐述了低空智联网的七 大能力体系。 最后,对 5G-A 网络特别是核心网支持低空经济的架构演进进行了分析和总结。 关键词:低空经济;低空智联网;5G-A;核心网 中图分类号:TN929. 11 文献标志码:A 引用格式:宋杰,周建锋,王卫斌 . 低空智联网赋能低空经济的思考与探索[J]. 信息通信技术与政策, 2024,50(11):28-32. DOI:10. 12267/ j. issn. 2096-5931. 2024. 11. 005 0 引言 2024 年是低空经济元年,也是 5G-A 商用元年,低 空经济的发展离不开通信网络的支持。 本文通过分析 低空经济对通信网络的关键需求,提出了以 5G-A 通 感智算网络为底座的低空智联网方案,阐述了低空智 联网的七大能力体系,并从通感一体化技术、无人机管 控及服务、核心网的演进等方面对 5G-A 网络特别是 核心网为促进低空经济 的发展所做的支持进行了 分析。 1 低空经济概述 1. 1 低空经济 2021 年 2 月,低空经济被写入《国家综合立体交 通网规划纲要》;2023 年 12 月,中央经济工作会议将 低空经济列入战略性新兴产业;2024 年 3 月,低空经济 被写入政府工作报告,并纳入新质生产力范畴;2024 年 7 月,党的二十届三中全会明确提出要发展通用航 空和低空经济。 低空经济在全国范围内迅速掀起一股热潮,各地 纷纷将发展低空经济写入 2024 年地方政府工作报告 或出台相关政策,争先布局。 低空经济作为国家重点 发展方向,正成为中国新的经济增长点。 根据《中国低空经济发展研究报告(2024)》 [1],我 国低空经济在 2023 年的市场规模超过 5 000 亿元,同 比增速超 33%,预计 2026 年有望突破万亿元。 根据 《低空经济发展白皮书———深圳方案》 [2],预计到 2025 年,低空经济对我国国民经济的贡献将达到 3 ~ 5 万亿 元规模。 1. 2 低空经济成为热点的影响因素 除了政府政策的支持以外,主要有 3 个因素:一是 法律法规逐步完善;二是相关技术日渐成熟;三是市场 需求快速增长。 法律法规方面,我国陆续出台了一系列法律法规。 例如,《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》是我国无 人机领域的专门行政法规,也是后续一系列无人机领 域法规条例的上位法。 其中一项关键内容就是建立产 品识别码和所有者实名登记制度,明确了无人机具备 ·28· �N��04#� �0��;#� �����0 ���� 唯一产品识别码,是实现无人机全生命周期可管可控 的基础。 《国家空域基础分类方法》 将空域划分为 A、 B、C、D、E、G、W 7 类,其中,A、B、C、D、E 类为管制空 域,G、W 类为非管制空域。 无人机主要涉及非管制空 域 G、W 类。 空域是发展低空经济的关键要素,规范低 空空域管理,释放低空空域资源,有助于推动低空经济 的发展。 此外,还包括《民用无人驾驶航空器生产管理 若干规定》 《民用无人驾驶航空器无线电管理暂行办 法》《民用无人驾驶航空器运行安全管理规则》 《民用 微轻小型无人驾驶航空器运行识别最低性能要求(试 行)》等。 一系列法律法规的密集发布,彰显了我国对 低空经济规范化发展的高度重视。 技术方面,网联无人机技术、5G-A 网络通感一体 化技术,都推动了低空经济的高速发展。 传统无人机 使用电台或 Wi-Fi 通信方式,只能满足视距内飞行,且 容易受干扰,应用场景和使用范围有限。 网联无人机 利用 5G 网络为无人机提供通信服务 [3],实现通信广 覆盖、稳连接,包括上行的大带宽、低时延、高可靠的要 求,保障安全飞行和业务连续性,满足超视距飞行、高 清实时图传、远程控制等需求;同时还可以为无人机应 用提供云—边—端协同的数据分析、数据存储等算力 服务,并结合人工智能( Artificial Intelligence, AI) 能 力,实现应用的价值增值。 相较于 5G,5G-A 不仅在时 延、速率、连接等方面的性能有了更大提升,同时增加 了通感一体化、通算智一体化、空天地一体化 3 个重要 能力 [4]。 通感一体化使网络同时具备通信和感知能 力,利用网络的高精度感知和定位,能够对空域内的无 人机进行精准识别,辅助无人机避障,有效保障低空空 域安全。 2024 年以来,多省市陆续启动 5G-A 网络商 用部署,为构建规模化、高质量、安全的低空经济提供 技术支撑。 市场方面,无人机具备灵活机动、快速反应、作业 范围大、效率高等特点,被广泛应用在物流、巡检、消 防、救援、旅游等各个方面,为低空经济发展打开了想 象空间。 无人机产业是低空经济的主导产业,“无人机 +行业应用”作为低空经济的驱动力,将会赋能更多行 业领域,不断拓展低空经济的边界,中短期“无人机+ 物流”具有较大商业规模,中长期令人期待的是电动垂 直起降飞行器(Electric Vertical Take-off and Landing, eVTOL),eVTOL 将在未来空中出行场景中扮演重要角色。 2 低空经济对通信网络的要求 低空业务的通信需求主要涉及 3 个方面:基础通 信网,需要保证广覆盖、低时延、高可靠;大带宽体验 网,需要满足上行大带宽的要求;感知和定位监管网, 需要高可靠高精度的感知和定位,对空域进行实时监 视和探测,对探测率、探测精度有较高的要求。 首先,构建一张低空连续覆盖的无线网络是低空 经济高质量发展的基础。 低空通信网络需要实现低空 立体覆盖,现有对地覆盖的无线网络利用天线旁瓣对 空中有一定的信号覆盖,但是由于天线旁瓣较多且杂 乱、信噪比普遍较差且起伏不定等因素,较难保障无人 机全路程连续业务服务和不中断飞行操控。 这是目前 需要攻克的关键挑战。 其次,无人机要求有实时视频或图片回传,甚至是 高清视频回传,上行速率普遍要求在每秒几十到几百 兆速率,而传统对地覆盖的移动通信网络则主要服务 于人,以下行业务为主,更多聚焦在提升网络的下行链 路容量。 基于现有网络来保障未来大量无人机的大上 行、低时延业务需求,也是网络面临的较大挑战。 最后,低空经济的快速发展对空域安全管理提出 更高要求,只有空域安全得到有效维护,低空经济才能 健康发展。 传统监测感知方式存在弊端,雷达对“低慢 小”无人机探测效果不佳,不具备组网的能力,很难实 现连续覆盖;视频监控受光照和天气影响,在低光或恶 劣天气下,视频监控的效果会受到影响。 缺乏高效的 技术监控手段,严重阻碍了低空经济发展的步伐。 高 精度、低时延、全天候的空域监测技术,是亟需突破的 主要挑战。 总体而言,低空经济发展对通信网络在以上 3 个 方面主要有 5 个关键要求:一是低空连续覆盖和稳态 通信;二是超高上行传输速率;三是低时延、高可靠;四 是低空精准感知和定位;五是安全可控。 3 低空智联网赋能低空经济 当前低空基础设施通信、导航、监控等保障能力不 足,需新型基础设施保障低空经济发展。 低空智联网 是实现低空空域资源数字化、智能化管理和利用的关 键基础设施,能够实现空域、通信、导航等设施组网,提 升空地信息一体化服务能力,满足低空经济对通信网 ·29· ���E�����0 络的要求,是低空经济发展的基石和助推器。 3. 1 低空智联网解决方案 本文构建了完整的低空智联网解决方案,如图 1 所示。 方案以 5G-A 通感智算融合网络为数字底座, 无线侧提供低空大上行通信和低空高精度感知两大能 力,分别满足视频回传、数据业务等低空稳态通信需求 和轨迹感知、入侵监测等低空精准感知需求,通过 5G-A 网络融合定位导航基础设施、监测基础设施、环境气象 测量设施,以及云边算力等数字基础设施,对外表现为 三张网 [5]:通信网负责飞行器、用户、平台之间的通信, 实现多个设施和系统间的高效可靠互联;感知网负责 为飞行器提供定位、授时、导航和监管服务,对低空飞 行活动进行安全保障和有序管理;算力网负责协同云 边算力,融合 AI 能力,实现低空应用各类数据的分析 处理、诊断预测等功能。 图 1 低空智联网解决方案 同时,以 5G-A 的通感智算网络为数字底座,打造 低空智联网的“通、感、智、算、控、导、安” 七大能力体 系:“通”主要是无线网络的低空覆盖,包括大上行通 信和高精度定位,实现通信广覆盖、稳连接;“感”主要 是低空高精度感知,对低空目标进行识别、跟踪和路径 监测等;“智”主要是通过 AI 能力增强,在感知目标识 别、低空业务分析、网络质量优化等方面提供智能化的 能力;“算”是利用算力网络实现视频分析、感知分析 等需要大算力及 AI 能力的要求,通过算力路由和边缘 计算实现按需处理等;“ 控” 主要指飞行器的可信接 入、业务鉴权、电子围栏、通信管控等;“导” 主要是飞 行器的路径规划、网络辅助避障等;“安” 包括数据安 全、通信安全和飞行安全等。 通过构建低空智联网能力体系,对外提供非法入 侵检测、合法飞行服务、安全飞行保障三方面基础服务 能力,服务于低空安防和低空飞行等各种低空应用。 3. 2 通感一体化技术 低空空域安全管控需求强烈,通感一体化技术是 5G-A 支持低空经济的重要技术。 5G-A 通感一体化技 术通过分析无线电波的直射、反射、散射等特性,可以 对目标或环境信息等进行测距、测速、测角、成像、检 测、识别、环境重构等,利用连续波+脉冲波、大张角设 备、多小区联合去重技术,实现全天候、无盲区、高精 度、低成本的全域连续感知,系统安全性高。 同时,采 用“通感一体+摄像头”的雷视融合等多源融合感知解 决方案,做到优势互补,实现全场景、高可靠的低空探 测能力。 针对通感一体化技术,核心网侧新增感知功能 (Sensing Function,SF),SF 包括控制面和用户面相关 的功能:控制面实现感知控制,包括感知策略和计费 等;用户面实现数据传输,包括感知数据处理,并将感 知结果传递到第三方。 SF 有两种架构方案:一种是本 地化架构,SF 与核心网松耦合关联,比较独立,基站侧 能够直接连接;另一种是目标架构,把 SF 作为核心网 的一个网元,与现有的 5G 核心(5G Core,5GC)网架构 ·30· �N��04#� �0��;#� �����0 ���� 融合,通过融合,控制面能够复用 5GC 现有的基于服 务的接口(Service-Based Interface,SBI),包括管理和计 费等能力,降低商用成本,用户面可以连接云边端算力 和 AI 能力,进行更加复杂、更加智能化且需要大算力 的数据处理,提升感知目标的识别效率和准确性。 通感一体化技术实现一网多能、一数多用,扩展了 通信网络的业务边界,为网络带来了新价值。 3. 3 无人机管控及服务 第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation Partnership Project,3GPP)全面推进 5G-A 网络支持无人机应用的 网络架构变革及能力演进 [6],通过 5G-A 网络实现对 无人机系统的新型标识引入、可靠连接、有效追踪等, 并从飞行周期业务保障、飞控适配增强、飞行网络状态 分析、探测与避让(Detect And Avoid,DAA)等进行能 力增强。 以核心网为例,3GPP 从 R17 开始就引入对无人机 接入 4G/ 5G 架构及机制的定义,实现网络支持无人机 系统,主要研究内容包括无人机身份识别、认证和授 权、无人机位置监控;R18 研究 5G 网络增强,实现网络 支持无人机飞行中的安全管控,主要研究内容包括直 接指挥与控制(Command and Control,C2) 通信、广播 无人机远程标识、无人机 DAA;R19 为无人机系统交 通管理( Uncrewed Aerial System Traffic Management, UTM)在飞行任务规划、批准和飞行服务方面提供更 多支持功能,以降低飞行风险,主要研究内容包括支持 飞行任务规划、飞行中管控和服务、网络辅助无人机 DAA 以及 C2 通信冗余与可靠性。 由此可知,R17 是 “管起来”,实现对无人机基础的管理;R18 是“ 控安 全”,增加无人机 DAA 等;R19 是“服务好”,为无人机 安全飞行提供更好的飞控和服务。 无人机身份识别是 5G-A 网络对无人机可管可控 的基础。 目前,业界已经进行了网联无人机可信接入 方案的技术验证,通过引入新型无人机标识,实现管控 平台对网联无人机的鉴权授权。 通过端网云整体的解 决方案,端到端的打通,实现了网联无人机的标识和相 关流程处理,以及可信标识的实现和管理。 通过网联 无人机可信接入关键技术验证,加速了 5G 网络融入 无人机管控的应用,实现了 5G 网联无人机接入安全 可控的基础性变革。 3. 4 核心网的演进 核心网在低空智联网中起着核心作用,为促进低 空智联网的发展,5G-A 核心网的演进主要有以下几个 方面。 一是 新 增 无 人 机 网 络 功 能 ( Uncrewed Aerial System Network Function,UAS NF),基于 5G-A 网络实 现无人机基本管理,用于支持合作无人机的管控和服 务,包括无人机身份识别、认证和授权、位置监控、可靠 C2 通信等,并为 UTM 在飞行任务规划、批准和安全飞 行服务方面提供更多支持。 二是网络数据分析功能( Network Data Analytics Function, NWDAF ) 与 用 户 面 功 能 ( User Plane Function,UPF)增强,增加 AI 能力,推动合作无人机状 态分析,在航路规划与飞行服务保障等方面进行智能 化、定制化功能增强,如提供低空大流量上下行业务和 飞控 C2 链路的质差智能保障、无人机飞行轨迹智能分 析、辅助无人机 DAA 等。 三是新增感知功能 SF,用于非合作无人机的非法 飞行和入侵检测、合作无人机飞行管控和服务、飞行航 线保护等;SF 支持感知业务的授权鉴权、感知数据的 分析处理等;通过构建具备精准感知定位的通感融合 网络,形成通感算融合服务能力,拓展网络的价值。 四是构建低空数据中台,以 5G-A 网络为基础,汇 聚网络的通信能力、感知能力以及行业各种能力,支持 统一对外开放,为低空监管平台、业务运营平台、飞行 服务平台等提供支撑,为低空监管机构、低空运营商、 低空应用消费者等提供全方面服务。 4 结束语 未来的无人机将朝着行业化、智能化、自主化、协 同化的方向发展,将具备更高级的自主导航、避障、任 务规划、集群协同等能力,以适应更复杂、更多样化的 任务需求。 以无人机为代表的低空经济发展对 5G-A 网络能力提出了更高标准的挑战,也带来了发展契机。 5G-A 网络将支撑通感智算融合的低空智联网演进,全 面支持无人机管控和安全飞行服务,促进和保障低空 经济的发展。 参考文献 [1] 赛迪顾问股份有限公司 . 中国低空经济发展研究报告 ·31· ���E�����0 (2024) [R], 2024. [2] 粤港澳大湾区数字经济研究院 . 低空经济发展白皮书: 深圳方案[R], 2022. [3] 中国移动 . 基于 5G 通信技术的无人机立体覆盖网络白 皮书[R], 2021. [4] 段向阳, 杨立, 夏树强, 等 . 通感算智一体化技术发展 模式[J]. 电信科学, 2022,38(3):37-48. [5] 魏进武 . 低空经济发展潜力极大[J]. 中国经济周刊, 2024(Z1):111-112. [6] 3GPP. Support of Uncrewed Aerial Systems ( UAS) connectivity, identification and tracking: TS23. 256: 2024 [S/ OL]. 2024[2024-09-11]. https:/ / www. 3gpp. org/ ftp/ Specs/ archive/ 23_series/ 23. 256/ . 作者简介: 宋杰 中兴通讯股份有限公司算力及核心网产品预 研规划总工,主要从事 6G 核心网系统架构 演进和关键技术预研工作 周建锋 中兴通讯股份有限公司算力及核心网产品预 研规划总工,主要从事 6G 核心网系统架构 演进和关键技术预研工作 王卫斌 中兴通讯股份有限公司算力及核心网产品 首席科学家,主要从事算力及核心网产品市 场竞争力提升以及核心网架构未来演进等 工作 Thoughts and exploration on empowering low-altitude economy with low-altitude intelligent network SONG Jie, ZHOU Jianfeng, WANG Weibin (Zhongxing Telecommunication Equipment Corporation, Shenzhen 518057, China) Abstract: Low-altitude economy, as an emerging industry, is becoming a new economic growth point in China. Firstly, this paper introduces the basic concept of low-altitude economy and analyzes the reasons for its popularity.