空天地一体化网络技术：探索与展望
对中国而言，空天地一体化网络的建设具有重大意义。“一带一路”和“走出去”等一系列战略决策对全球全域全时信息服务提出了新的要求，而现有网络覆盖出不去，网络结构僵化、服务响应慢等是亟待解决的关键问题。空天地一体化网络可以提供全时空信息连续支撑能力，实现“一带一路”周边区域覆盖以及“四海两边两洋”覆盖，满足陆上重要经济带、海外热点区域等信息服务的需求。卫星系统尤其是低轨卫星星座系统具有通信覆盖、宽带接入等重要的潜在功能。此外，卫星轨位、空间通信频谱等资源的稀缺性使得国际上对这些资源的争夺异常激烈。因此，快速发展空天地一体化网络技术、形成完善的网络体系，有利于占领空天技术制高点，抢占资源与技术的先机。中国已在“十三五”规划中将“天地一体化信息网络”纳入“科技创新2030重大项目”。同时，卫星互联网首次被明确列入新基建信息基础设施范围，与5G网络、物联网并列，体现了国家对空天地一体化网络建设的高度重视。
空天地一体化网络是一种异质多维网络，多种网络融合导致网络结构极为复杂、网络资源多样，而空、天、地网络动态特性的不同导致网络整体的移动特性相比地基网络的移动特性更复杂，因此，难以对网络进行精确的描述和建模。同时，空天地一体化网络为各种天基、空基、地基和海洋信息业务提供网络服务，多样化的服务特性和服务质量（QoS,quality of service）需求使得网络资源分配和服务编排极为困难，从而导致传统的优化方法效率不高、响应速度慢，无法适应空天地一体化网络复杂、动态的网络环境，难以满足各种网络应用的服务需求。人工智能方法被认为是面向难以建模的复杂动态问题的一种具有极大潜力的解决方案，该方法通过对大量数据的提取和分析，可以建立对网络环境与网络控制的最优映射模型，从而高效且智能地进行网络设计、控制、管理与优化。RL作为机器学习方法中的一类重要方法，可以通过智能体与环境交互的反馈学习最佳行动策略，并可以应对未知网络环境下的学习决策，非常适合于空天地一体化网络复杂、动态且网络数据收集成本较高的特性，是解决最优网络控制、资源分配、服务编排等问题的关键方法。
- 2022-03-21
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