数实融合的大规模卫星云网仿真技术

丁文慧; 丁熙浩; 徐志平; 高吉星; 陆洲; 虞志刚

doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2025008

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数实融合的大规模卫星云网仿真技术

研究 | 更新时间：2025-04-10

- 数实融合的大规模卫星云网仿真技术
- Simulation Technology for Large-scale Satellite Cloud Network with the Integration of Digital and Reality
- 天地一体化信息网络 2025年6卷第1期页码：64-77
- 作者机构：
  
  中国电子科技集团有限公司电子科学研究院，北京 100041
- 作者简介：
  
  [ "丁文慧（1987- ），女，博士，中国电子科技集团有限公司电子科学研究院高级工程师，主要研究方向为卫星通信网络。" ]
  [ "丁熙浩（1993- ），男，硕士，中国电子科技集团有限公司电子科学研究院工程师，主要研究方向为卫星通信网络。" ]
  [ "徐志平（1978- ），男，硕士，中国电子科技集团有限公司电子科学研究院工程师，主要研究方向为卫星通信网络。" ]
  [ "高吉星（1988- ），男，博士，中国电子科技集团有限公司电子科学研究院高级工程师，主要研究方向为卫星通信网络。" ]
  [ "陆洲（1970- ），男，硕士，中国电子科技集团有限公司电子科学研究院研究员，主要研究方向为卫星通信网络。" ]
  [ "虞志刚（1989- ），男，博士，中国电子科技集团有限公司电子科学研究院高级工程师，主要研究方向为卫星通信网络。" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(62201534);北京市科技新星计划(20240484748)
- DOI：10.11959/j.issn.2096-8930.2025008
  中图分类号： TP393
- 收稿：2024-10-19，
  
  修回：2025-01-10，
  
  纸质出版：2025-03-20
- 稿件说明：
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丁文慧,丁熙浩,徐志平等.数实融合的大规模卫星云网仿真技术[J].天地一体化信息网络,2025,06(01):64-77.

DING Wenhui,DING Xihao,XU Zhiping,et al.Simulation Technology for Large-scale Satellite Cloud Network with the Integration of Digital and Reality[J].Space-Integrated-Ground Information Networks,2025,06(01):64-77.
丁文慧,丁熙浩,徐志平等.数实融合的大规模卫星云网仿真技术[J].天地一体化信息网络,2025,06(01):64-77. DOI： 10.11959/j.issn.2096-8930.2025008.

DING Wenhui,DING Xihao,XU Zhiping,et al.Simulation Technology for Large-scale Satellite Cloud Network with the Integration of Digital and Reality[J].Space-Integrated-Ground Information Networks,2025,06(01):64-77. DOI： 10.11959/j.issn.2096-8930.2025008.

摘要

现有卫星网络仿真聚焦通信接入、网络路由等网络层的系统评估，难以满足未来卫星网络多功能融合场景下的仿真验证需求。针对以上问题，提出一种数实融合、云网融合的大规模卫星云网仿真方法，基于虚拟化技术构建通信、网络、计算功能融合的卫星网络节点，通过高精度的链路模拟实现卫星网络时变拓扑的模拟，通过数实接口实现数字空间和物理实体空间的交互，最终构建一张数实融合的规模卫星云网，以期为未来卫星网络的仿真验证提供有效支撑。

Abstract

Existing satellite network simulations focus on system assessments of network layer functions and performance such as communication access and network routing

which are insufficient to meet the simulation verification requirements in scenarios where communication

networking

and computing functions are integrated. In view of the above problems

this paper proposed a large-scale satellite cloud network simulation method that integrated digital and physical domains and cloud-network convergence. By utilized virtualization technology to constructed nodes with integrated communication

networking

and computed functions

high-precision simulation of dynamic and time-variant topologies of satellite networks was achieved through topological connection relationships. Interaction between the digital space and the physical entity space was realized through a digital-physical interface

ultimately constructing a large-scale satellite cloud network that integrated the digital and physical domains. This Approach provided effective support for the simulation and verification of future satellite networks.

关键词

Keywords

references

吴巍 , 秦鹏 , 冯旭 , 等 . 关于天地一体化信息网络发展建设的思考 [J ] . 电信科学 , 2017 , 33 ( 12 ): 3 - 9 .

WU W , QIN P , FENG X , et al . Reflections on the development and construction of space-ground integration information network [J ] . Telecommunications Science , 2017 , 33 ( 12 ): 3 - 9 .

陆洲 , 秦智超 , 张平 . 天地一体化信息网络系统初步设想 [J ] . 国际太空 , 2016 ( 7 ): 20 - 25 .

LU Z , QIN Z C , ZHANG P . Initial layout of space-ground integrated information network system [J ] . Space International , 2016 ( 7 ): 20 - 25 .

姜文华 , 王学磊 , 曾志毅 . 国内外卫星互联网发展现状、风险及对策分析 [J ] . 信息通信 , 2016 , 29 ( 11 ): 11 - 12 .

JIANG W H , WANG X L , ZENG Z Y . Analysis on the development status, risks and countermeasures of satellite Internet at home and abroad [J ] . Information & Communications , 2016 , 29 ( 11 ): 11 - 12 .

王韵涵 , 李博 , 刘咏 . 国外低轨卫星互联网发展最新态势研判 [J ] . 国际太空 , 2022 ( 3 ): 7 - 12 .

WANG Y H , LI B , LIU Y . Research on the latest development trend of foreign LEO satellite Internet [J ] . Space International , 2022 ( 3 ): 7 - 12 .

王子剑 , 杜欣军 , 尹家伟 , 等 . 低轨卫星互联网发展与展望 [J ] . 电子技术应用 , 2020 , 46 ( 7 ): 49 - 52 .

WANG Z J , DU X J , YIN J W , et al . Development and prospect of LEO satellite Internet [J ] . Application of Electronic Technique , 2020 , 46 ( 7 ): 49 - 52 .

刘悦 , 廖春发 . 国外新兴卫星互联网星座的发展 [J ] . 科技导报 , 2016 , 34 ( 7 ): 139 - 148 .

LIU Y , LIAO C F . The development of emerging satellite Internet constellations [J ] . Science & Technology Review , 2016 , 34 ( 7 ): 139 - 148 .

谢鹰. 卫星互联网: 发展, 现状与未来 [Z ] . 2024 .

XIE Y. Satellite Internet: development, present situation and future [Z ] . 2024 .

张恺悦 , 张煌 , 王沛文 . “星链” 军事化发展对太空情报信息安全构成的挑战与应对 [J ] . 情报杂志 , 2024 , 43 ( 6 ): 22 - 30 .

ZHANG K Y , ZHANG H , WANG P W . Challenges and countermeasures posed by the militarized development of “starlink” to space intelligence and information security [J ] . Journal of Intelligence , 2024 , 43 ( 6 ): 22 - 30 .

汪春霆 , 翟立君 , 徐晓帆 . 天地一体化信息网络发展与展望 [J ] . 无线电通信技术 , 2020 , 46 ( 5 ): 493 - 504 .

WANG C T , ZHAI L J , XU X F . Development and prospects of space-terrestrial integrated information network [J ] . Radio Communications Technology , 2020 , 46 ( 5 ): 493 - 504 .

虞志刚 , 冯旭 , 戴天 , 等 . 空间边缘计算: 需求、架构及关键技术 [J ] . 电子与信息学报 , 2022 , 44 ( 12 ): 4416 - 4425 .

YU Z G , FENG X , DAI T , et al . Space edge computing: requirement, architecture and key technique [J ] . Journal of Electronics & Information Technology , 2022 , 44 ( 12 ): 4416 - 4425 .

Starlink [EB ] . 2024 .

Iridium NEXT [EB ] . 2024 .

Celestial constellation [EB ] . 2024 .

周宇 , 彭勇军 , 马青学 . “星链” 卫星在俄乌冲突中的军事运用 [C ] // 第十二届中国指挥控制大会论文集（上册） . 北京 : 兵器工业出版社 , 2024 : 592 - 596 .

ZHOU Y , PENG Y J , MA Q X . The military application of "Star Chain" satellite in the conflict between Russia and Ukraine [C ] // Proceedings of the 12th China Command and Control Conference (Part I) . Beijing : Ordnance Industry Press , 2024 : 592 - 596 .

高璎园 , 王妮炜 , 陆洲 . 卫星互联网星座发展研究与方案构想 [J ] . 中国电子科学研究院学报 , 2019 , 14 ( 8 ): 875 - 881 .

GAO Y Y , WANG N W , LU Z . The development research and construction suggestion of satellite Internet constellations [J ] . Journal of China Academy of Electronics and Information Technology , 2019 , 14 ( 8 ): 875 - 881 .

朱立东 , 张勇 , 贾高一 . 卫星互联网路由技术现状及展望 [J ] . 通信学报 , 2021 , 42 ( 8 ): 33 - 42 .

ZHU L D , ZHANG Y , JIA G Y . Current status and future prospects of routing technologies for satellite Internet [J ] . Journal on Communications , 2021 , 42 ( 8 ): 33 - 42 .

申建平 , 虞红芳 , 章小宁 , 等 . 基于OPNET的低轨卫星网络仿真平台 [J ] . 计算机工程 , 2009 , 35 ( 18 ): 237 - 239 .

SHEN J P , YU H F , ZHANG X N , et al . OPNET based low earth orbit satellite network simulation platform [J ] . Computer Engineering , 2009 , 35 ( 18 ): 237 - 239 .

朱晓辉 , 吴志强 , 李绍旸 , 等 . 一种低轨卫星星座的仿真方法及系统 : CN202211343666.8 [P ] . 2024-09-27 .

ZHU X H , WU Z Q , LI S Y , et al . A simulation method and system for LEO satellite constellation : CN202211343666.8 [P ] . 2024-09-27 .

胡智伟 , 文峰 . 一种大规模低轨卫星综合仿真平台 : CN202310910127.6 [P ] . 2024-09-27 .

HU Z W , WEN F . A comprehensive simulation platform for large-scale LEO satellites : CN202310910127.6 [P ] . 2024-09-27 .

韩锐 , 潘冀 , 李伟 , 等 . 一种低轨宽带卫星星座兼容仿真系统 : CN115276753A [P ] . 2022-11-01 .

HAN R , PAN J , LI W , et al . A compatible simulation system for LEO broadband satellite constellation : CN115276753A [P ] . 2022-11-01 .

刘立祥 , 刘帅军 . 大型低轨星座网络规划方法与仿真分析 [J ] . 天地一体化信息网络 , 2020 , 1 ( 2 ): 87 - 93 .

LIU L X , LIU S J . Network planning method and simulation analysis for large-scale low earth orbit satellite constellation networks [J ] . Space-Integrated-Ground Information Networks , 2020 , 1 ( 2 ): 87 - 93 .

李元龙 , 李志强 . Starlink星座通信建模仿真分析 [J ] . 指挥控制与仿真 , 2023 , 45 ( 4 ): 118 - 126 .

LI Y L , LI Z Q . Modeling and simulation analysis of Starlink constellation communication [J ] . Command Control & Simulation , 2023 , 45 ( 4 ): 118 - 126 .

虞志刚 , 冯旭 , 黄照祥 , 等 . 通信、网络、计算融合的天地一体化信息网络体系架构研究 [J ] . 电信科学 , 2022 , 38 ( 4 ): 11 - 29 .

YU Z G , FENG X , HUANG Z X , et al . Research on the architecture of space-ground integrated information network: integration of communication, networking and computing [J ] . Telecommunications Science , 2022 , 38 ( 4 ): 11 - 29 .

虞志刚 , 冯旭 , 戴天 , 等 . 空间边缘计算: 需求、架构及关键技术 [J ] . 电子与信息学报 , 2022 , 44 ( 12 ): 4416 - 4425 .

YU Z G , FENG X , DAI T , et al . Space edge computing: requirement, architecture and key technique [J ] . Journal of Electronics & Information Technology , 2022 , 44 ( 12 ): 4416 - 4425 .

虞志刚 , 丁文慧 , 陆洲 , 等 . 卫星云网: 一种云网融合的卫星网络体系架构 [J ] . 天地一体化信息网络 , 2023 , 4 ( 3 ): 23 - 30 .

YU Z G , DING W H , LU Z , et al . Satellite cloud network: a satellite network architecture based on cloud-network integration [J ] . Space-Integrated-Ground Information Networks , 2023 , 4 ( 3 ): 23 - 30 .

张九龙 , 酆广增 . 我国中低轨移动卫星星座设计及动态仿真 [J ] . 无线通信技术 , 2002 , 11 ( 3 ): 56 - 60 .

ZHANG J L , FENG G Z . Constellation design and dynamic simulation of MEO and LEO mobile satellite communication of China [J ] . Wireless Communication Technology , 2002 , 11 ( 3 ): 56 - 60 .

胡培培 , 赵艳宾 . 基于STK的低轨卫星物联网星座的仿真与覆盖分析 [J ] . 安防科技 , 2020 ( 28 ): 47 - 47 .

HU P P , ZHAO Y B . Simulation and coverage analysis of LEO satellite constellation based on STK [J ] . Security Technology , 2020 ( 28 ): 47 - 47 .

王欣 , 金虎 . 基于STK/MATLAB的通信卫星场景建模 [J ] . 电子测试 , 2009 ( 4 ): 1 - 5 .

WANG X , JIN H . STK/MATLAB and application in setting up the scenario of the communication satellite [J ] . Electronic Test , 2009 ( 4 ): 1 - 5 .

ACHANTA R , HEMAMI S , ESTRADA F , et al . Frequency-tuned salient region detection [C ] // Proceedings of the 2009 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition . Piscataway : IEEE Press , 2009 : 1597 - 1604 .

陈瑞泽 . 基于节点重要性的动态空天信息网络抗毁性研究 [D ] . 成都 : 电子科技大学 , 2023 .

CHEN R Z . Research on invulnerability of dynamic aerospace information network based on node importance [D ] . Chengdu : University of Electronic Science and Technology of China , 2023 .

王学华 , 朱立东 . 低轨卫星通信系统地面核心网设计与仿真 [J ] . 空间电子技术 , 2010 , 7 ( 2 ): 119 - 123 .

WANG X H , ZHU L D . Design and simulation of LEO satellite communication system ground core network [J ] . Space Electronic Technology , 2010 , 7 ( 2 ): 119 - 123 .

索思亮 . 低轨卫星通信系统仿真模型设计 [J ] . 科技资讯 , 2007 , 5 ( 1 ): 8 - 10 .

SUO S L . Design of simulation model for LEO satellite communication system [J ] . Science and Technology Information , 2007 , 5 ( 1 ): 8 - 10 .

李楠 . 基于OPNET的低轨卫星网络路由仿真研究 [D ] . 南京 : 南京航空航天大学 , 2014 .

LI N . Research on routing simulation of LEO satellite network based on OPNET [D ] . Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2014 .

李楠 , 宗鹏 . 基于OPNET的低轨卫星网络路由仿真与优化 [J ] . 飞行器测控学报 , 2013 , 32 ( 5 ): 408 - 413 .

LI N , ZONG P . OPNET based simulation and optimization of routing protocols in LEO satellite networks [J ] . Journal of Spacecraft TT & C Technology , 2013 , 32 ( 5 ): 408 - 413 .

张晓东 . 基于OPNET的低轨星座卫星通信系统仿真建模研究 [D ] . 长沙 : 国防科学技术大学 , 2008 .

ZHANG X D . Research on simulation modeling of LEO constellation satellite communication system based on OPNET [D ] . Changsha : National University of Defense Technology , 2008 .

王志浩 , 郎晓光 , 肖双爱 . 高低轨混合卫星网络仿真技术研究 [J ] . 天地一体化信息网络 , 2020 , 1 ( 1 ): 42 - 47 .

WANG Z H , LANG X G , XIAO S A . Research on simulation technology in high and low orbit hybrid satellite network [J ] . Space-Integrated-Ground Information Networks , 2020 , 1 ( 1 ): 42 - 47 .

李星辰 . 一种低轨卫星网络仿真系统的设计与实现 [D ] . 北京 : 北京邮电大学 , 2020 .

LI X C . Design and implementation of a LEO satellite network simulation system [D ] . Beijing : Beijing University of Posts and Telecommunications , 2020 .

殷平泽 . 基于云计算技术的低轨卫星网络仿真系统研究 [D ] . 西安 : 西安电子科技大学 , 2021 .

YIN P Z . Research on LEO satellite network simulation system based on cloud computing technology [D ] . Xi’an : Xidian University , 2021 .

董若楠 , 张光杰 , 刘渊 , 等 . 天地一体化信息网络动态重构技术与仿真方法 [J ] . 小型微型计算机系统 , 2020 , 41 ( 5 ): 1065 - 1070 .

DONG R N , ZHANG G J , LIU Y , et al . Dynamic reconfiguration technology and emulation method of space-ground integrated information network [J ] . Journal of Chinese Computer Systems , 2020 , 41 ( 5 ): 1065 - 1070 .

沈怡颹 , 张程 , 何益康 , 等 . 基于虚拟化技术的卫星控制系统软件构件库运行监控与可信验证技术 [J ] . 计算机测量与控制 , 2019 , 27 ( 8 ): 125 - 129 .

SHEN Y W , ZHANG C , HE Y K , et al . An operation monitoring and credible verification method of satellite attitude and orbit control software components library based on virtualization technology [J ] . Computer Measurement & Control , 2019 , 27 ( 8 ): 125 - 129 .

叶海洋 , 张桂珠 , 王晓锋 , 等 . 面向天地一体化卫星网络的高性能仿真技术 [J ] . 计算机工程与应用 , 2019 , 55 ( 17 ): 82 - 88, 190 .

YE H Y , ZHANG G Z , WANG X F , et al . High-performance emulation technology for space-ground integrated satellite network [J ] . Computer Engineering and Applications , 2019 , 55 ( 17 ): 82 - 88, 190 .

潘恬 , 李星辰 , 薛文浩 , 等 . 一种基于容器的低轨卫星网络协议测试床 [J ] . 计算机学报 , 2022 , 45 ( 9 ): 2029 - 2046 .

PAN T , LI X C , XUE W H , et al . A docker-based LEO satellite network testbed [J ] . Chinese Journal of Computers , 2022 , 45 ( 9 ): 2029 - 2046 .

任鹏 , 毕婧 , 李毅 , 等 . 一种低轨卫星网络仿真平台以及仿真方法 : CN116346200A [P ] . 2023-03-06 .

REN P , BI J , LI Y , et al . A simulation platform and method for LEO satellite network : CN116346200A [P ] . 2023-03-06 .

蒋姝丽 , 刘渊 , 王晓锋 . 天地一体化信息网络宽带用户行为仿真技术 [J ] . 计算机工程与应用 , 2020 , 56 ( 10 ): 75 - 82 .

JIANG S L , LIU Y , WANG X F . Broadband user behavior emulation technology for space-ground integrated information network [J ] . Computer Engineering and Applications , 2020 , 56 ( 10 ): 75 - 82 .

张光杰 , 叶海洋 , 王晓锋 . 基于多尺度虚拟化的卫星终端用户行为仿真 [J ] . 计算机工程 , 2019 , 45 ( 8 ): 165 - 172, 189 .

ZHANG G J , YE H Y , WANG X F . User behavior simulation in satellite terminal based on multi-scale virtualization [J ] . Computer Engineering , 2019 , 45 ( 8 ): 165 - 172, 189 .

殷平泽 . 基于云计算技术的低轨卫星网络仿真系统研究 [D ] . 西安 : 西安电子科技大学 , 2021 .

YIN P Z . Research on LEO satellite network simulation system based on cloud computing technology [D ] . Xi’an : Xidian University , 2021 .

史琰 , 盛敏 , 白卫岗 , 等 . 一种虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统 : CN202111509071.0. [P ] . 2021-12-10 .

SHI Y , SHENG M , BAI W G , et al . A large-scale satellite network simulation evaluation and test system combining virtual and real systems : CN202111509071.0. [P ] . 2021-12-10 .

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