卫星地面站配置NTN设备实现基站原生分流及应用场景

传统的高轨卫星通信在为地面网络提供补充覆盖方面发挥着重要作用，尤其是在偏远地区和特定场景下。然而，由于卫星链路固有的长距离传输，导致较高的延迟和相对有限的带宽，限制了用户体验。为了解决这些问题，本文提出一种在卫星地面站配置NTN（Non-Terrestrial Network，非地面网络）设备进行基站原生分流的创新方案，并详细阐述其应用场景。

新兴的starlink低轨卫星可以提供300M，40ms的低延时，实测如下图：（国产低轨卫星测试数据暂无。）

一、现有卫星地面站连接基站方案及局限性

目前，常见的卫星地面站方案是将4G/5G基站直接连接到卫星地面站，然后通过地球同步卫星连接到中国移动核心网。所有用户的信令和数据业务都必须经过卫星链路传输，导致以下局限性：

高延迟： 地球同步卫星距离地面约3.6万公里，信号往返需要数百毫秒，严重影响对时延敏感的应用体验。
带宽受限： 卫星链路的带宽资源相对有限且成本较高，难以满足用户日益增长的数据需求。
高流量成本： 所有数据都通过卫星链路传输，导致运营商的卫星流量成本居高不下。

二、面向6G NTN的创新方案：NTN设备实现基站原生分流

为了克服传统方案的局限性，我们提出一种面向6G NTN的创新方案，核心是在卫星地面站部署NTN设备，实现基站原生分流。该方案的架构如下：

基站接入： 4G/5G/6G基站首先连接到NTN设备。
NTN设备本地分流： NTN设备部署在卫星地面站，同时连接基站、卫星地面站的卫星链路以及本地数据中心。
信令分离： NTN设备识别并分离用户的信令报文，将其通过卫星地面站的卫星链路连接到地球同步卫星，最终到达中国移动核心网。
数据本地分流： NTN设备将用户的数据及多媒体业务报文直接路由到本地化数据中心，无需经过卫星链路传输。
卫星链路连接： 卫星地面站的卫星链路仍然负责与地球同步卫星连接，用于传输信令报文。
核心网连接： 地球同步卫星将信令报文转发至中国移动核心网，实现手机用户的移动性管理和会话控制。
本地数据中心： 提供高速的数据及多媒体业务接入。

架构示意图：

三、方案优势及性能提升

相比传统的卫星地面站连接方案，配置NTN设备实现基站原生分流的方案具有显著的优势：

超低延时： 由于数据及多媒体业务直接在本地数据中心接入，无需经过卫星链路的长距离传输，可以将端到端延迟350ms降低至7ms，性能提升高达 50倍。
高带宽： 本地数据中心提供高达200G的带宽，可以充分满足用户对高速数据传输的需求，相比传统方案，带宽性能提升 1000倍。
大幅降低卫星流量成本： 大部分数据流量被分流到本地，只有少量的信令报文需要通过昂贵的卫星链路传输，可以将卫星流量成本降低到原来的 1/1000。
优化用户体验： 超低延时和高带宽的网络连接，能够显著提升用户的网络体验，尤其是在线游戏、高清视频、VR/AR等对时延和带宽敏感的应用场景。
面向6G NTN： 该方案为未来6G NTN的部署和应用奠定了基础，可以更好地支持6G低轨卫星星座与地面网络的融合。

性能指标	高轨卫星回传方案	低轨卫星星座	基于NTN的基站原生分流方案	提升幅度
端到端网络延迟	350毫秒以上	40ms	约7毫秒	高轨卫星50倍 低轨卫星5倍
数据中心连接带宽	10M～200M	300M	10G～200G	1000+倍
卫星流量成本	高	较高	极低 (1/1000)	大幅降低

四、关键组件及功能

NTN 设备（部署在卫星地面站）：

• 流量识别与分类：** 能够深度解析数据包，区分信令报文和数据/多媒体业务报文。
  
• 信令路由： 将信令报文路由到卫星地面站的卫星链路。
  
• 数据分流： 将数据及多媒体业务报文路由到本地数据中心。
  
• QoS 保障： 可以根据业务类型设置不同的服务质量策略。
  
• 安全控制： 提供必要的安全功能，保护本地数据中心。
  
• 本地数据中心：
  
• 提供高速的数据存储和访问能力。
  
• 部署常用的数据及多媒体业务应用服务器。
  
• 可以根据需求进行灵活扩展。
  
• 基于我司首颗国产自主可控5nm制程ARM服务器，采用V9架构，性能是V8鲲鹏架构的一倍。
  

五、应用场景

配置NTN设备本地分流的方案具有广泛的应用场景，尤其适用于以下领域：

6G 创新场景：

• 低延时通信： 支持需要极低延迟的工业自动化、远程手术、自动驾驶等6G创新应用。
  
• 增强现实/虚拟现实（AR/VR）： 提供流畅的AR/VR体验，无需担心高延迟带来的眩晕感。触觉互联网： 支持远程触觉交互，例如远程机器人操作。
  NTN 创新场景：
  
• 偏远地区覆盖增强： 为地面网络难以覆盖的地区提供高质量的移动网络服务。
  
• 空天地一体化网络： 实现卫星网络与地面网络的深度融合，提供无缝的网络体验。
  
• 卫星物联网： 支持海量物联网设备的接入和数据传输。
  行业应用：
  
• 海警执法： 为海上执法人员提供实时高清视频监控、数据传输等服务，提升执法效率和安全性。
  
• 应急通信：为应急通信的团队和大规模应急救援提供本地化的大带宽和大容量，数据流量不用迂回到卫星回传链路，实现本地化的实时处理。
  
• 远洋航运和游轮： 为远洋船舶和游轮提供高速互联网接入，方便船员生活娱乐和船舶运营管理。
  
• 一带一路中资机构： 为在“一带一路”沿线国家和地区的中资机构提供可靠的网络通信保障。
  
• 海外基地及海外港口码头： 为海外军事基地和港口码头提供高速、安全的网络连接。
  
• 海外岛屿： 为偏远海岛居民和游客提供与陆地无差别的网络体验。
  
• 海外矿山： 支持矿山自动化设备的远程控制和数据传输。
  
• 海外石油开采基地： 为海上石油平台提供可靠的通信和数据传输服务。
  

六、实施步骤（简述）

NTN 设备选型与部署： 根据网络规模和性能需求选择合适的NTN设备，并在卫星地面站进行安装和配置。
本地数据中心建设： 根据业务需求规划和建设本地数据中心，包括服务器、存储设备、网络设备等。
网络配置： 配置NTN设备的路由策略、QoS策略和安全策略，确保信令和数据业务的正确分流和传输。
基站对接： 将4G/5G/6G基站连接到NTN设备。
测试与优化： 进行全面的网络测试，验证方案的性能和稳定性，并进行必要的优化。

七、面临的挑战与应对

         技术复杂性： NTN设备的流量识别和分流技术较为复杂，需要专业的技术人员进行部署和维护。

• 应对： 加强技术培训，选择成熟可靠的NTN设备供应商。
  安全风险： 本地数据中心需要采取有效的安全措施，防止数据泄露和网络攻击。
  
• 应对： 部署防火墙、入侵检测系统等安全设备，并定期进行安全审计。
  成本投入： 建设本地数据中心和采购NTN设备需要一定的成本投入。
  
• 应对： 进行详细的成本效益分析，选择合适的设备和建设方案。
  与现有网络的兼容性： 需要确保NTN设备与现有4G/5G网络以及未来的6G网络的良好兼容性。
  
• 应对： 选择符合标准协议的设备，并进行充分的兼容性测试。
  

八、总结与展望

在卫星地面站配置NTN设备进行基站原生分流是一种创新的解决方案，能够有效解决传统卫星通信高延迟、低带宽和高成本的问题。该方案通过将基站的数据及多媒体业务原生分流到本地数据中心，实现了超低延时和百G的高带宽的网络连接，极大地提升了用户体验，并为6G NTN的创新应用奠定了基础。其在应急通信、海警执法、远洋航运、海外机构、矿产能源等多个领域具有广阔的应用前景。随着NTN技术的不断发展和成熟，相信这种基站原生分流方案将在未来的卫星通信、低轨星座、NTN网络中发挥越来越重要的作用，为用户带来更优质、更廉价的空间连接服务。

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