Интеграция космической, воздушной и наземной связи стала одной из главных тенденций в развитии 5G-Advanced и 6G. Неземные сети (NTN), как ключевая технология для обеспечения бесперебойного глобального покрытия, предоставляют услуги связи широкого спектра действия через низкоорбитальные спутники. Однако высокая скорость движения спутников, передача данных на большие расстояния и несовместимость с традиционной архитектурой базовой сети создают серьезные технические проблемы.
Основные различия и проблемы: сети NTN против наземных сетей.
Во-первых, NTN имеет очевидные физические отличия от традиционных наземных сетей. Спутники на низкой околоземной орбите движутся с высокой скоростью, и задержка передачи между спутниками и наземными станциями значительно больше, чем в наземных сетях. Традиционные базовые сети, разработанные для стационарных базовых станций и сценариев с низкой задержкой, не могут удовлетворить требованиям связи NTN, что приводит к трем основным проблемам: эффекту Доплера , высокой задержке передачи и эффекту «тромбонизации» трафика . Эти проблемы серьезно влияют на стабильность синхронизации, эффективность передачи и производительность маршрутизации. Поэтому базовая сеть должна быть оптимизирована с точки зрения сигнализации, стека протоколов и архитектуры развертывания.
Решение проблемы эффекта Доплера в высокоскоростной мобильности
Среди них основной проблемой является доплеровский сдвиг, вызванный высокоскоростным движением спутников. Он приводит к ошибкам синхронизации физического уровня, сбоям доступа и даже прерываниям обслуживания во время переключения между спутниками. Для решения этой проблемы основная сеть должна повысить устойчивость сигнальных процессов и уменьшить влияние переходных колебаний синхронизации. В то же время оптимизация таймеров управления мобильностью может расширить диапазон допустимых отклонений синхронизации и избежать ненужной дерегистрации терминалов. Упрощение сигнализации при переключении также помогает поддерживать стабильные соединения в условиях высокой мобильности.
Снижение высокой задержки передачи данных за счет оптимизации протокола.
Кроме того, высокая задержка передачи — ещё одна типичная проблема в сетях NTN. Длительное время кругового пути снижает эффективность стандартных протоколов TCP и GTP , что приводит к низкой пропускной способности и задержке обслуживания. Базовая сеть должна внедрять оптимизацию стека протоколов с учётом задержки . Применение выборочного подтверждения (SACK) позволяет избежать повторной передачи в полном окне и повысить эффективность передачи. Оптимизация масштабирования окна TCP позволяет динамически регулировать объём передаваемых данных для обеспечения стабильной передачи в условиях большой задержки. Адаптивная настройка параметров протокола дополнительно повышает надёжность в сценариях с высокой задержкой.
Решение проблемы эффекта «тромбонга» в трафике с помощью децентрализованной системы UPF.
Эффект «тромбирования» трафика, вызванный централизованным развертыванием функций пользовательского уровня (UPF), приводит к нерациональному расходованию ресурсов передачи и увеличению сквозной задержки. Эффективным решением является использование децентрализованного развертывания UPF . Развертывание распределенных UPF вблизи наземных шлюзов спутников позволяет маршрутизировать и разгружать локальные сервисы без обхода центральной сети. Этот метод сокращает количество переходов передачи, экономит полосу пропускания спутника и повышает общую производительность сети. Многоузловое взаимодействие обеспечивает непрерывную передачу данных пользовательского уровня во время межспутниковых перемещений.
Заключение: Создание основы для интеграции космического и наземного миров.
В заключение, эффект Доплера, высокая задержка передачи и эффект «тромбонизации» трафика являются тремя основными проблемами, ограничивающими развитие базовых сетей NTN. Благодаря повышению устойчивости сигнализации, оптимизации таймеров, улучшению стека протоколов с учетом задержки и распределенному развертыванию UPF, базовая сеть может лучше адаптироваться к сценариям NTN. Эти меры оптимизации закладывают прочную основу для интегрированных сетей 5G-Advanced и 6G в космическом и наземном пространстве и поддерживают широкое применение NTN в глобальном покрытии, авиации, морской отрасли, экстренной связи и удаленных широкополосных услугах.
