数字孪生卫星互联网：架构与关键技术

摘要

提出一种数字孪生卫星互联网系统架构，通过平行孪生、安全内生、智能衍生的立体式闭环机制，为卫星互联网全生命周期过程稳定发展提供支撑；然后对数字孪生卫星互联网关键问题与关键技术进行探讨。针对复杂多变的卫星互联网系统，提出基于机理与数据双驱动的标准化模型处理和生成方法；面对海量信息和不均匀分布形成的数据洪流，提出三级分流的池化存算架构；为了实际系统的特征孪生高保真，设计智能编排与分布式异构的处理平台，对不同模型和事件进行分类快速计算；利用通感算控一体化技术，形成感知-判断-决策-执行的卫星互联网孪生循环演进系统，从而实现卫星互联网全生命周期的稳定运行。

关键词： 卫星互联网 ; 数字孪生 ; 模型标准化 ; 资源池化 ; 智能编排

0 引言

近年来通信与网络技术迅速发展，但在任何时间和地点，用户以任意方式进行通信仍然未能完全实现[1]。《世界互联网发展报告2020》指出，2020年，全球互联网用户数约为45.4亿人，普及率达59%，我国互联网用户规模为9.4亿人，普及率达67%。由于经济发展程度、地形和成本制约等原因，地球上近一半的人口仍然未能接入互联网。相对于区域受限的地面网络，具有频谱资源丰富、覆盖面积广、通信距离长、部署快、成本低等独特优势的卫星通信迎来新热潮，其在抢险救灾、远海作业、偏远地区通信等场景将发挥重要作用[2,3,4]。

由于频率和轨位资源稀缺[5]以及商业潜力巨大，卫星互联网已成为各国的战略焦点[6]。俄罗斯的《2016-2025年联邦航天计划》将通信卫星列为优先发展方向，并指出要增加民用卫星数量，积极拓展商业市场[7]。20