2023年11月18日CCF YOCSEF太原在太原理工大學明向校區信計學院北樓一層會議室舉辦“衛星計算賦能天地一體化網絡應用產業發展”技術論壇，本論壇由CCF YOCSEF太原副主席徐雙和學術秘書董云云擔任執行主席，學術秘書翟雙姣和AC委員姚姍姍擔任線上主席。

徐雙和董云云作開場介紹

本次論壇邀請到浙江工業大學信息與通信工程學科負責人、國家優秀青年基金獲得者錢麗萍，北京郵電大學信息與通信工程學院副教授潘恬，北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室講師、中國科協青年人才托舉工程項目獲得者馬驍，中科星圖測控技術股份有限公司高級副總裁高娟，航天宏圖衛星載荷副總師吳昕穎擔任引導嘉賓。此外，本次論壇還邀請到東北大學副校長、國家杰出青年科學基金獲得者王興偉，沈陽航空航天大學計算機學院副院長趙亮，中國移動研究院主任研究員鄧平科，中電網絡通信研究院高級工程師王冬冬，陽泉市科技局黨組書記、局長董增壽，中北大學信息與通信工程學院副教授姚金杰，中關村實驗室助理研究員趙潔潔，長沙天儀空間科技研究院有限公司業務經理余鑫擔任特邀嘉賓。

引導發言

第一位引導嘉賓浙江工業大學教授錢麗萍以《面向智慧海洋的感通算融合網絡》為題，介紹了面向智慧海洋的感通算融合網絡，主要涉及海洋數據的感知、通信、計算、存儲、利用等諸多方面。針對海洋數據的海量性、多元性、冗余性、不安全性以及海洋通信-計算等資源的稀缺性給數據傳輸、利用帶來的諸多難題，她分享了團隊在利用有限網絡資源最大化傳輸高價值的數據以實現海洋有效監測方面的工作。她首先介紹了空天地海一體化網絡背景下的感通算融合網絡架構，包括數據層、控制層和應用層；然后，闡述了如何基于數字孿生有效協調海基、地基、空基跨域感知-通信-計算多維資源的使用以提高海洋監控能力；最后，展示了衛星通信在海洋監測中如何通算互換實現監測圖像的低時延高可靠天地傳輸。

錢麗萍作引導發言

徐雙、董云云為引導嘉賓錢麗萍頒發感謝證書

第二位引導嘉賓北京郵電大學副教授潘恬分享了題為《低軌衛星組網協議與仿真驗證》的報告，首先介紹了低軌衛星組網相對于高軌衛星在通信時延、構建成本、網絡魯棒性和容量可擴展性方面的優勢，同時指出了低軌衛星網絡因拓撲動態變化、巨型組網規模和星上資源受限所帶來的挑戰。在組網方面，具體的挑戰點包括星間動態拓撲下的路由計算、超大規模星座的路由收斂、衛星星座與地面節點的網絡編址以及星地動態拓撲下的移動切換等。針對這些問題，他分享了所在實驗室近年來開展的一些研究工作，包括基于動靜結合的軌道預測最短路徑優先路由協議、面向低軌衛星網絡動態拓撲的穩定路由生成算法、面向低軌衛星網絡的輕量級路由洪泛機制以及基于身份與位置分離的低軌衛星網絡移動管理協議。最后，他分享了搭建大規模低軌衛星網絡仿真系統的經驗，從最早基于國外成熟仿真工具進行協議設計與驗證開始，到后來為了提升仿真性能的可擴展性、仿真功能的靈活度以及仿真軟件的自主可控性，基于容器構建了云原生跨主機可擴展衛星網絡仿真系統和半實物仿真系統。

潘恬作引導發言

徐雙、董云云為引導嘉賓潘恬頒發感謝證書

第三位引導嘉賓北京郵電大學講師馬驍以《衛星計算展望：機遇與挑戰》為題，首先從低軌星座迅速發展趨勢以及低軌星座重要應用場景作為導入點，重點分析了部署衛星計算的三大動機——彎管架構局限性、太空數據迅猛增長以及網絡控制功能上星的必要性，并指出三大動機同時也是衛星計算研究與發展的三大機遇，即新型衛星計算架構設計與任務調度、基于星-地面站-云系統的數據處理與傳輸以及星載核心網部署與服務性能優化。其次，她圍繞衛星計算架構設計與任務調度問題，指出星上能耗與散熱是限制衛星計算能力的兩大重要挑戰，并介紹了能耗感知的星載任務調度與數據傳輸分配方案。然后，圍繞星地協同的數據處理與傳輸，考慮衛星內容分發網絡場景面臨的存儲與通信能力受限問題，分享了衛星合作內容緩存與分發方案。之后，針對星上網絡控制問題，介紹了星地協同的網絡控制架構，并對未來核心網星上部署與功能優化方案進行了探索。最后，她對衛星計算未來的重點研究方向進行了展望。

馬驍作引導發言

徐雙、董云云為引導嘉賓馬驍頒發感謝證書

第四位引導嘉賓中科星圖測控技術股份有限公司高級副總裁高娟以《地基測運控的現狀與發展》為題，首先分析了國內外商業航天測運控的發展現狀，并指出了當前國內商業衛星測運控發展面臨的諸多制約因素，包括地面站、衛星等多方接口不統一、商業模式的測運控體制和標準規范尚未形成等問題。其次，還分享了星圖測控的商業航天測控站網體系，以分布各地的地面站為傳感網絡，以太空資產管理服務平臺為處理中心，上聯衛星，下達地面運營網絡，面向商業航天提供測控服務、軌道增值服務、地面站支持業務、測運控中心建設業務等建設、運維等一體化服務。最后，她表示隨著衛星數量的增加，商業航天測控和載荷數據接收具有巨大的市場潛力，星圖測控計劃布局更多的地面站，迎接商業航天的未來。

高娟作引導發言

徐雙、董云云為引導嘉賓高娟頒發感謝證書

第五位引導嘉賓航天宏圖衛星載荷副總師吳昕穎以《構建全球領先融合衛星星座打造衛星互聯網行業新生態》為題，首先指出了衛星互聯網發展歷程的初步探索、平行共存、融合交織三個階段，闡釋了衛星互聯網的概念內涵，指出了衛星互聯網的重要發展趨勢：需求牽引技術產品不斷迭代，系統容量性能快速攀升；應用服務不斷拓展，通導遙融合成為發展方向；空間資源加快整合，提升系統綜合效能；天地網絡融合快速推進，手機直連成為熱點；資源加快并購整合，系統綜合效能提升，賽道領跑者逐步擴大領先地位。其次，她從空間網絡+感知能力構成全球化數字服務體系，傳感器、載荷技術提升與多源數據融合，星間通信鏈路實現即時遙感與信息服務能力，商業遙感衛星邊緣計算的需求等方面分析了衛星互聯網的行業需求。最后，她介紹了航天宏圖自主構建的女媧星座的定位、目標、建設進展和應用產品，并展望了未來多維感知構筑的數字世界以及“數據+平臺+應用”發展的新格局。

吳昕穎作引導發言

徐雙、董云云為引導嘉賓吳昕穎頒發感謝證書

中國科學院院士高俊發來微信祝賀

思辨環節

激烈的思辨現場

思辨點一：面對當前算力、通信、組網等限制，衛星邊緣計算在天地一體化網絡領域的應用前景如何？應用需求有哪些？

中國移動研究院主任研究員鄧平科指出隨著5G網絡及其邊緣計算技術的發展，“連接加算力”已經在物聯網、云計算和人工智能等領域的迅速發展，我們的世界正變得越來越數字化和智能化。然而，傳統的云計算模式仍然面臨著一些挑戰，例如長距離傳輸帶來的延遲、大時空尺度數據同步、廣域覆蓋的需求等問題，這也促使衛星邊緣計算成為了下一個備受關注的領域。衛星邊緣計算通過連接將計算和存儲資源推向離全球廣域用戶更近的地方，例如互聯網衛星、地面站等。這種分布式計算的模式可以幫助我們解決大尺度的傳輸延遲和泛在連接的問題，實現更快速、更可靠的數據處理和應用。在未來面向6G的天地一體化網絡中，衛星邊緣計算具有更廣闊的應用前景。它可以為無人機、無人車和物聯網設備提供更強的實時處理能力，提高系統的安全性和使用效能。同時，衛星邊緣計算還可以支持實時遙感、地理信息系統等相關應用，為災害預防、減災和遠程醫療提供更準確的數據基礎。然而，我們也面臨著一些挑戰和需求，如需要更高性能的通信網絡來支持數據傳輸、設計更高效的邊緣計算算法和軟硬件架構以及解決數據安全和隱私保護問題?？傊?，在當前通信、算力和存儲等有限的情況下，衛星邊緣計算在未來仍然具有廣闊的應用前景，可以提供更高速度的數據處理核心應用，支持天基物聯網、天基實時遙感、視頻傳輸、廣域數據分發等領域的發展。

陽泉市科技局黨組書記、局長董增壽認為邊緣計算在解決衛星之間通信互聯更具應用前景，尤其在以下幾方面具有很大的技術價值：1）通信數據傳輸路徑的減少和延遲降低；2）星上數據的處理與分析以及分布式存儲與分發；3）邊緣智能和決策等。此外，他強調信息技術產業發展要充分結合地區產業布局和發展優勢，形成產學研用深度融合的新范式，這是實現科技創新與產業需求融合發展的關鍵。

長沙天儀空間科技研究院有限公司業務經理余鑫結合業務場景分析了衛星邊緣計算的應用優勢。目前天儀研究院自主研發的SAR（合成孔徑雷達）衛星上已經部署了星上AI模塊，打破了“拍照在天，處理在地”的傳統應用模式，通過圖像的在軌即時處理實現緊急情況下對重點目標檢測識別的快速響應。目標識別方面，在衛星未過站無法數據回傳情況下，利用星上AI模塊對圖像進行目標檢測和識別，進而通過北斗短報文手段將有價值目標信息回傳至地面。其次，在應急救災方面，通過星上AI模塊直接處理SAR遙感圖像，快速對陸地和水體分類，提取水體面積的變化，從而實時監測洪澇災害情況。相比于衛星過站數據回傳地面后再處理的方式，通過星上AI模塊大大縮短衛星圖像數據處理時間，顯著提升了衛星服務的時效性。此外，在衛星平臺智能化提升、星間通信和星地通信、以及自然資源農業農村、海洋環境、智慧城市等場景數據處理等方面的應用有待積極探索。

中北大學副教授姚金杰認為目前天地一體化領域中涉及邊緣計算的應用需求較多，如空天地海一體化應急通信網絡、空間碎片成像與定位、四代北斗抗干擾能力提升等。但受限于衛星資源，可用于邊緣計算的空間和能量都有限，仍受到計算散熱、材料效率等影響。為此，推進空天地一體化網絡邊緣計算可以考慮實施分步戰略，可以首先大力推廣星地聯合計算，之后再逐步推進衛星的邊緣計算。

中關村實驗室助理研究員趙潔潔指出了邊緣計算在衛星互聯網中較具潛力的應用場景具有以下特點：計算任務實時性高，來不及下載到地面；所處理業務發生概率低，數據全部下載地面篩查效率低等，例如預測空間站故障、識別衛星周圍突發氣象災害、重點野生動物監測與保護。針對此類應用需求，通過衛星與地面協同計算來解決數據傳輸和實時處理問題，能夠避免潛在的不良后果，提高處理效率。

北京郵電大學講師馬驍指出星地、星間通信和組網能力是實現衛星邊緣計算的基礎，通過類比地面云計算和邊緣計算技術的發展階段，衛星場景中數據通信對于計算能力的瓶頸問題在衛星網絡發展的較早階段暴露出來。此外，她認為星上計算、衛星組網、星間通信的發展彼此互補，而且星間通信能夠為衛星計算提供支撐能力。

胡欣宇、徐雙、董云云為特邀嘉賓鄧平科和余鑫頒發感謝證書

思辨點二：天地一體化網絡擁抱邊緣計算所面臨的關鍵科學問題與挑戰是什么？

東北大學副校長王興偉指出邊緣計算的初衷是實現就近處理，改善應用的響應時間和性能，而邊緣的處理能力、存儲能力和網絡能力能夠滿足應用的需要是進行邊緣處理的重要前提。天地一體化網絡對于邊緣計算能不能擁抱、擁抱到什么程度，取決于星上載荷能力、星上處理能力和星間通信能力，因此天地一體化網絡與邊緣計算結合的關鍵前提在于衛星技術的發展。當此前提滿足的情況下，天地一體化網絡擁抱邊緣計算最主要的兩個關鍵問題是：1）天地協同的云邊體系架構；2）面向應用需求的任務劃分機制。總之，邊緣計算和云計算在天地一體化網絡中要發揮好作用，最主要的還是依賴衛星技術提供的載荷空間、計算裝置，存儲裝置、網絡裝置能力。這也啟發我們關鍵基礎技術突破，是技術發展與進步最重要的決定因素。

中電網絡通信研究院高級工程師王冬冬探討了星載邊緣計算落地實現當前面臨的挑戰：1）傳輸方面，高效、可靠的物理層傳輸鏈路是星載邊緣計算能夠穩定工作的必要條件，低軌衛星的高動態會導致星間和星地通信鏈路頻繁切換，如何在通信鏈路頻繁切換的場景下確保業務的不間斷、高效、可靠傳輸是需要解決的關鍵問題。2）天基分布式云計算方面，僅基于高動態的低軌衛星網絡實現星載邊緣計算困難較大，而高、中、低軌混合衛星網絡中絕大部分是準靜態的，可以為地面云邊計算技術向天基遷移帶來便利，同時需要設計分布式云架構來適應天基準靜態網絡環境。3）算力模型和傳輸模型融合方面，傳輸模型要求能夠容忍一定的丟包，而算力模型則不能出錯。那么在天地一體化云網場景下如何有機地融合上述兩種模型，充分發揮算力網絡的最大效能。

中北大學副教授姚金杰認為天地一體化網絡擁抱邊緣計算面臨的問題主要有兩方面，一是衛星本身給邊緣計算可以提供的能量、資源、空間等大小，直接影響到邊緣計算的能力；二是邊緣計算本身的優化問題，如優化模型的建立、計算量的優化、計算程序的優化等。此外，天地一體化組網理論、協同融合網絡構建、跨媒介信息高速實時可靠傳輸機制等也會影響邊緣計算的發展。

長沙天儀空間科技研究院有限公司業務經理余鑫從衛星研制單位的角度指出，目前微小衛星平臺可承載300~500公斤的載荷，可以搭載大型服務器和處理機開展在軌科研以及業務應用，由天儀研究院與北京郵電大學合作的“天算星座”正在進行在軌邊緣計算方面的積極探索。其次，由于微小衛星成本低、體積小、質量輕、發射靈活等，越來越多國家的政府和企業紛紛推出自己的微小衛星發展計劃，發布了少則幾十、多則上萬規模的衛星星座規劃，隨之產生的問題是衛星軌道資源日益緊張，以及產生大量的空間碎片風險，容易對在軌運行的包括空間站和人造衛星在內的航天器構成碰撞威脅。目前主要是通過監測和預警、碰撞規避以及主動離軌等手段來保護航天器，以主動、積極地減緩空間碎片的增長。在空間碎片監測方面，目前通過地面手段對10厘米直徑以上空間碎片的監測技術相對完善，可以實現對空間站和衛星運行軌道周圍的空間碎片進行預警，航天器可以及早的通過主動調整姿態和變軌來規避空間碎片。在空間碎片協調委員會（IADC）等相關部門的有關指導下，目前發射入軌的衛星上都有部署自動離軌裝置，衛星服役壽命結束后會在5-25年內自動離軌。對于地球靜止軌道衛星，工作壽命結束后采取抬高軌道至“墳墓軌道”的方式遠離地球，從而確保靜止軌道工作狀態下的衛星的安全。此外，低軌衛星在工作壽命結束后，可以通過自動離軌措施再入大氣層隕落。作為中國航天的商業力量，天儀研究院一直高度重視“太空環?！惫ぷ?，并積極投入力量開展衛星離軌技術攻關，踐行“太空環?！崩砟?。相關實驗結果表明，天儀研究院自研的衛星離軌技術，能有效縮短離軌時間，實際離軌效果顯著，已經在天儀自研的衛星上推廣使用，助力我國空間碎片技術研究與發展。

胡欣宇、徐雙、董云云為特邀嘉賓王興偉、王冬冬和姚金杰頒發感謝證書

思辨點三：數字孿生技術能否對衛星計算賦能的天地一體化網絡發展起到本質上的推動作用？

沈陽航空航天大學副院長趙亮指出IEEE INGR衛星通信組的白皮書中已經將衛星邊緣計算相關內容納入標準化工作中，并規劃在2020年至2035年間，以每5年為一個階段完成衛星通信和邊緣計算的分階段實施與部署。然而，衛星邊緣計算仍面臨很多困難，包括星間通信、星地通信時延、星上算力散熱等挑戰。衛星邊緣計算的應用更多的是面向一些小概率的事件，如自然災害、國防安全、月球上部署鵲橋網等場景。此外，他分析天地一體化網絡的數字孿生可劃分為兩種：一種是數字孿生模型提升技術、算法和方法的能力，二是場景的數字孿生建模。數字孿生引入到天地一體化網絡中必然會帶來非常多的好處，但同時也面臨最本質的問題，即成本問題。數字孿生發揮重要作用的場景之一即為仿真無法滿足需求的情況。例如衛星發射前、鵲橋網部署前相關算法和場景的測試和驗證，可以借助孿生網絡進行相關驗證、迭代、優化。最后，他點出衛星邊緣計算中關鍵的兩點為計算卸載、數據緩存，同樣面臨效率、往返時延、場景局限等挑戰，但與此同時也會帶來數字孿生如何部署、AI算法如何輕量化、實驗如何驗證等新的問題。而無論是衛星邊緣計算還是天地一體化網絡數字孿生，最關鍵的痛點均在于具體場景需求少。

中關村實驗室助理研究員趙潔潔就數字孿生技術在天地一體化網絡上的推動作用給出了以下兩點看法：1）衛星邊緣計算的許多場景需要的衛星規模大、復雜度高，很難找到驗證平臺，在此情況下利用數字孿生技術建模邊緣計算場景就變得非常重要；2）利用真實數據和仿真數據，結合前沿的數字孿生技術，對大規模衛星應用進行孿生建模，實現模擬仿真和網絡策略優化驗證，從而縮短開發周期，降低開發成本。

中國移動研究院主任研究員鄧平科指出從6G天地一體化網絡上星之后，將其運管系統做成整個網絡的數字孿生是未來6G網絡架構設計的一個原生目的。與此同時為了最大化數字孿生網絡的利用率，希望將其作為業務運營層或者業務層本身，在運營層開展相關的研究。將原來外生的計算、外生的智能和外生的安全等全部抽象到傳統的控制面、用戶面、數據面之上，做成支持內生安全、內生計算和內生智能的數字孿生本體。

中科星圖測控技術股份有限公司高級副總裁高娟認為隨著衛星數量的增多，衛星（尤其是業務星）發生異常時，為了不影響業務正常進行，衛星的操作者往往對遙控異常處理格外謹慎，希望在地面上有一個衛星的數字孿生體，在真正發令前進行指令的驗證。在此巨型星座場景下，通過數字孿生建模進行驗證就非常必要。

胡欣宇、徐雙、董云云為特邀嘉賓趙亮和趙潔潔頒發感謝證書

最后，YOCSEF太原現任主席胡欣宇對本次論壇進行了總結與致謝，他希望本次技術論壇的舉辦能夠為省內外高校、科研院所和企業搭建一個良好的交流平臺，推動山西省高校、研究機構和企業共同探索衛星計算賦能天地一體化網絡產業發展。本次技術論壇得到了太原理工大學計算機科學與技術學院（大數據學院）、大數據融合分析與應用山西省重點實驗室、中科國宇（天津）智能科技有限公司、成都論之道科技有限責任公司的贊助支持。

YOCSEF太原主席胡欣宇作總結和致謝

合影留念

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論壇現場花絮

撰稿：徐雙 翟雙姣

審稿：胡欣宇

審核：胡欣宇

CCF YOCSEF太原

中國計算機學會青年計算機科技論壇（CCF Young Computer Scientists & Engineers Forum，簡稱CCF YOCSEF）是由中國計算機學會1998年創建的系列性學術活動。CCF YOCSEF太原是2013年5月成立的分論壇，自成立以來，CCF YOCSEF太原分論壇緊密結合太原科技、學術與產業生態，圍繞地方學術與科技熱點問題展開研究思辨與討論，為地方發展提供智庫支持，聚集了一批自信、活力、敢于創新、有抱負、有能力的青年精英。歷屆主席分別為強彥（2013-2014）、秦品樂（2014-2015）、趙鵬（2015-2016）、王憲朝（2016-2017）、趙涓涓（2017-2018）、郭威（2018-2019）、宋昌（2019-2020）、裴向東（2020-2021）、董媛香（2021-2022）、魏巍（2022-2023），現任主席為胡欣宇。

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