卫星星座的组网方式主要有两种：一种是地面组网方式，星上只进行透明转发，依赖地面信关站进行信息处理、联网和转发；另一种是星间组网方式，卫星配备星间链路，在星上进行信息处理和路由转发。随着卫星星座的规模逐步扩大，地面组网方式逐渐暴露出依赖大量信关站、星地多次转发导致通信时延大等缺点，越来越难以满足大规模星座应用需求，而星间组网方式能够克服上述不足，在成本、时延、灵活性等方面具备优势，正在成为大规模星座组网的主要技术手段！在全球大规模星座建设和应用背景下，我国大力发展各类卫星星座网络，涵盖高轨、中轨、低轨等卫星。北斗星座和“星网”采用了星间组网方式，“千帆”星座和其他商业星座主要采用地面组网方式，后续将逐步向星间组网方式过渡。由于激光星间链路技术具有低成本、低功耗、大容量、高可靠、抗干扰等优势，已成为未来低轨卫星网络的标配，促进星间信息的交互，为实现星座智能协同、分布式计算奠定基础。未来，星间组网技术的发展趋势和投资机会如何？详见正文！在20世纪末，卫星星座网络的发展主要依赖地面组网方式，卫星仅作为透明转发节点。然而，随着Starlink等商业卫星互联网星座计划的推进，星间组网因其低延迟和减少对地面信关站的依赖而逐渐成为主流。
SpaceX的Starlink初期并没有规划星间链路，从V1.5卫星开始配备激光通信终端，通过星间组网方式进行星上路由转发，大幅降低了全球通信时延，目前已发射超过7000颗卫星。OneWeb星座设计较早，没有采用星间链路，主要依赖地面站实现卫星联网，预计其第二代星座将会引入星间组网技术。Blackjack军事低轨卫星星座项目采用激光通信链路进行星间组网，虽然已于2023年中止，但其探索的激光星间组网技术经验为PWSA星座的发展提供了重要借鉴。PWSA星座于2023年1月更名为“大规模弹性作战太空体系”，由数百颗低轨卫星组成，分为传输层、跟踪层、导航层、托管层、威慑层、作战管理层、支持层等七个功能层。其中，传输层卫星搭载2个或4个激光终端，通过激光通信链路进行星间组网，同时还搭载了Ka对地通信链路、Link16载荷，以及战斗管理、指挥、控制和通信（BMC3）模块。从全球角度看，美国2016-2023年轨道发射次数以及入轨次数都几乎是处于领先地位，中国紧跟其后。![]()
（资料来源：壹零社）
北斗系统于2020年形成全球服务能力，采用了微波星间组网，支持星间精密测量和数据传输，用于星座自主运行及测控管理。下一代北斗系统将继续采用激光/微波混合的星间组网技术，进行高中低轨协同组网，提供时空基准统一且具有抗干扰、防欺骗、稳健、可用、连续、可靠的PNT信息服务，实现向综合PNT体系演进发展。“星网”星座均采用激光通信链路进行星间组网技术，以减少对境外信关站的依赖。“千帆”星座和其他商业星座主要采用地面组网方式，后续将逐步向星间组网方式过渡。我国商业航天近几年发展迅速，规划建设的大规模商业星座众多。随着激光通信终端的小型化和低成本化发展，商业星座也在逐步采用激光通信链路进行星间组网，以减少对地面信关站的依赖。
总体来看，国外早在第一代卫星星座发展时期就提出了星间组网技术，但其早期星座规模不大，采用地面组网方式，在全球部署少量信关站就能够处理。相较之下，星间组网技术复杂且实现代价高，所以国外对发展星间组网并不积极。这一理念一直影响至卫星互联网时代，OneWeb和早期的Starlink星座均没有采用星间组网方式。随后，由于星座规模不断扩大，星间组网逐渐呈现出优势，才逐渐成为了大规模星座组网的重要技术手段。![]()
（资料来源：壹零社）
北斗星座率先实现了微波星间组网应用，目前规划的大多数星座也采用星间组网技术，减少了对境外信关站的依赖，能够满足全星座的网络化管控和多样化业务传输需求。发展基于激光/微波链路的星间组网技术，是我国突破全球地面布站限制的必然选择，也是实现大规模星座系统自主、高效、协同运行的内在要求。![]()
（资料来源：头豹研究院）
随着激光星间链路技术的逐步发展成熟，星间组网正在从传统的以微波组网为主向微波、激光混合组网技术演进，星上交换处理能力也在大幅提升，以适应不断增长的大容量网络化传输需求。此外，大规模星座具有星座结构复杂、拓扑高动态变化、业务类型多样、业务流量分布不均等典型特征，给星间组网带来了诸多挑战。
随着卫星数量的增加，星座内部配置了星间星地多种类型链路，星间拓扑连接关系动态变化，这要求网络化管控能够适应这种复杂性，实现星地协同网络化管控。这种管控需要能够处理大量的数据和信息，同时保持网络的稳定性和可靠性。在大规模星座网络中，卫星节点高速运动，星间拓扑连接关系动态变化，这会引发星上路由频繁更新计算。星座规模越大，路由计算收敛时间越长。因此，在大规模星座条件下实现星间路由快速收敛具有难度。大规模星座的载荷体制复杂，载荷业务类型多样，不同业务对星间传输带宽、时延、丢包率的要求存在差异。这需要依据业务需求进行资源调度，实现差异化的服务质量保障。大规模星座节点密度高、覆盖范围广，受突发业务影响，卫星节点的业务流量分布不均，尤其是业务向落地卫星汇聚时，容易造成网络拥塞。因此，需要考虑引入流量均衡机制，提高星间网络的可靠性和吞吐量。星间组网的关键技术包括激光/微波星间链路传输技术、星地协同网络管控技术、大规模星座高效快速路由技术以及面向突发业务的流量均衡技术。
激光/微波星间链路传输技术是星间组网技术的核心。激光链路以其高带宽、小波束发散角和良好的抗干扰性能，成为高速数据传输的理想选择。然而，激光链路对卫星平台的稳定性要求较高，需要精确的对准和跟踪技术。微波星间链路则因其技术成熟、成本较低和易于实现而被广泛采用。这两种技术各有优势，混合组网可以充分发挥各自的优势，满足不同场景下的需求。星地协同网络管控技术有助于实现大规模星座网络有效管理。通过软件定义网络（SDN）架构，可以实现对星间网络拓扑的动态规划和控制，优化路径选择，减少延迟。这种技术可以实现星地之间的实时信息交换，提高网络的响应速度和灵活性。星地协同网络管控技术还包括信息收集与处理、资源优化分配、健康管理、安全性保障等多个方面，是实现大规模星座网络高效管理的关键。大规模星座高效快速路由技术是应对网络高动态变化的关键。随着卫星数量的增加，星座内部链路配置变得复杂，星间拓扑连接关系动态变化，要求星上路由能够快速更新计算。这种技术需要具备控制开销小、计算收敛快、高鲁棒性等能力，以适应网络的快速变化和不可预测性。在大规模星座网络传输过程中，按照最短路径进行逐跳转发的路由策略，一方面大量突发业务的汇聚容易造成网络拥塞，另一方面网络流量分布不均匀，导致星上空闲链路无法得到充分利用。这种技术需要通过多路径分流和全局流量优化，解决网络拥塞问题，提高网络的性能和可靠性。（一）总体架构
星间网络体系架构由空间段、地面段和用户段组成，通过多种通信链路形式构成空天地一体化的信息传输网络。空间段由高中低轨卫星和星间链路组成，实现卫星间的高速传输。地面段包括信关站和运控管理中心，负责星地通信协议转换和全星座网络资源的综合管理。用户段由各类用户终端设备组成，用于接收和处理卫星链路信号。
图表4：大规模星座网络总体架构
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（资料来源：国际太空）
空间段是星间网络体系架构的核心，由高中低轨卫星和星间链路组成。这些卫星通过星间链路相互连接，构成一个以卫星为交换节点的空间传输网络。这种网络可以实现卫星星座内任意节点之间的数据通信，实现全球范围内的宽带接入、移动通信、数据中继、万物互联等信息服务。
地面段包括信关站和运控管理中心，负责星地通信协议转换和全星座网络资源的综合管理。信关站是连接卫星网络和地面网络的网关节点，具备通过多个波束接入可视范围内多颗卫星的能力。运控管理中心负责管理卫星星座、信关站和地面网络设施等，对全星座网络资源进行综合管理和监控。
用户段由各类用户终端设备组成，包括星载终端、机载终端、船载终端、车载终端、个人移动终端等设备形式，用于接收和处理卫星链路信号，以获取天基信息服务。
图表5：大规模星座网络系统组成
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（资料来源：国际太空）
（二）网络协议体制
星间网络协议体制的设计是体系架构的关键部分，需要确保大规模星座各节点能够互联互通。根据星间组网场景需求的差异，星间网络协议主要分为面向高速星间链路的网络协议体制和面向窄带星间链路的网络协议体制。运行不同网络协议的星座系统之间，可以通过部署网关实现协议转换和互联互通。
针对高速星间链路场景，可采用标准化的IPoverCCSDS协议体系，包括应用层、传输层、网络层、链路层、物理层等5层协议，支持互联网协议第四版（IPv4）和IPv6协议。由于IPv6具有更多地址、更优报文结构、更强路径选择、更安全等优势，星间网络协议将重点向IPv6及其衍生协议演进，包括软件定义网络（SDN）、分段路由（SRv6）等新型协议技术。
针对窄带星间链路场景，比如带宽在100kbit/s以下的通信链路，采用IP协议带来的报文头部开销占比过大，会导致链路资源利用率低下。针对此类特殊场景，需要设计采用轻量化的网络协议，一方面对IPv4/IPv6协议报文进行裁剪优化，大幅降低封装包头开销，释放更多带宽资源用于传输有效数据；另一方面对动态路由算法进行轻量化改进，减小路由洪泛范围，加速路由收敛计算，进一步降低路由控制开销。
目前，以SRv6为代表的“IPv6+1.0”技术已经在地面网络规模部署，SRv6是IPv6技术向可编程网络演进的核心技术，为网络提供了路径可编程能力；以随流检测、网络切片为代表的“IPv6+2.0”技术已经在地面网络按需部署应用，正在走向成熟，为网络提供了精准性能测量、差异化质量保障能力；以应用感知网络（APN）为代表的“IPv6+3.0”技术也已经被提出。所以，以“IPv6+”为代表的新型网络以及与5G/6G网络融合将是星间组网技术的重要发展方向。
（三）增加网络安全
大规模星座网络潜在的信息安全威胁来自于开放的天地链路、跨域不可控区域的通信网、不同安全信任域之间的数据交互等，面临非法接入、数据窃听、重放攻击、数据篡改、恶意程序攻击、软件重构异常等安全风险。
对于大规模星座的网络安全风险的规避，需要从物理层、链路层、网络层和应用层等多个层次建立安全防护体系。其中，物理层安全技术包括跳频、扩频、跳时等；链路层安全技术包括信令加密、群路加密、多业务多通道加密等；网络层安全技术包括边界防护、自适应多级安全、安全隔离与交换等；应用层安全技术包括端端加密、身份鉴别、访问控制等。
从具体实现角度，应设计多层次、轻量化、多模态的安全防护策略。在通信数据加密的基础上，通过引入接入安全策略，实现星间、星地节点轻量化认证功能及受控访问功能；通过引入行为安全策略，实现星间网络防火墙功能，支持对星间非法数据包进行过滤，具备防止数据恶意转发能力；还需考虑星载处理资源有限的情况，通过网络安全策略的轻量化设计，使得在星载网络路由模块上集成相关网络安全算法成为可能，从而为大规模星座网络安全运行提供保障。
随着节点规模的增长，星间组网技术将替代地面组网方式，成为大规模星座组网的主要技术手段。IPv6技术的应用将解决网络地址资源数量不足的问题，并针对IPv4的不足进行多方面改进和创新。软件定义网络和人工智能技术的兴起将推动星间网络向“多域混合异构、云网智算融合”方向发展，通过引入软件定义大规模星座网络的思想，构建“云边端”结合的算网一体化架构，利用强大的地面云脑资源，对大规模卫星网络进行灵活的分级协同路由控制，实现在高动态、多业务、大连接场景下的网络资源测量、态势感知和动态编排，有望大幅提高大规模星座的组网控制韧性和网络服务质量。一方面，IPv6技术的应用将为星间组网领域带来革命性的变化。IPv6不仅解决了网络地址资源数量不足的问题，同时针对IPv4的不足进行了多方面改进和创新，包括以分段路由、网络切片、随流检测、新型组播、应用感知网络等为代表的协议创新，以及以网络分析、自动调优、网络自愈等网络智能化为代表的技术创新。所以，以“IPv6+”为代表的新型网络技术将是星间网络协议体制的重要演进方向。另一方面，软件定义网络（SDN）和人工智能技术的兴起，正在推动星间网络向“多域混合异构、云网智算融合”方向发展。通过引入软件定义大规模星座网络的思想，可以构建“云边端”结合的算网一体化架构，利用强大的地面云脑资源，对大规模卫星网络进行灵活的分级协同路由控制。这种技术可以实现在高动态、多业务、大连接场景下的网络资源测量、态势感知和动态编排，有望大幅提高大规模星座的组网控制韧性和网络服务质量。未来，星间组网技术将朝着更高效、更智能、更安全的方向发展，以适应不断增长的大容量网络化传输需求。
图表6：天地一体的网络结构
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（资料来源：《卫星互联网路由技术现状及展望》）
1、行业趋势确定的机会：低轨大规模卫星组网趋势明确，我国卫星互联网行业加速发展。卫星载荷作为上游制造环节中的核心组成，将大幅提高卫星通信质量及稳定性，相关供应商将持续受益。2、技术创新驱动的机会：随着国家空间信息大基建规划的推进和国内外卫星星座的爆发式增长，空间激光通信技术已成为高速星间、星地大规模动态组网数据传输的重要部分。预计到2029年，全球激光通信终端的市场规模将达到13.8亿美元，年复合增长率CAGR为45.8%。建议关注全球范围内领先的激光通信终端厂商。结论：卫星互联网产业各环节整装待发
星间组网技术的发展标志着卫星通信技术的一个新纪元。随着技术的进步和商业需求的增长，各类卫星星座的结构越来越复杂，呈现出低成本、扩散性、网络化、智能化的发展趋势，传统的地面组网方式已经无法满足大规模星座的需求。星间组网技术通过在卫星之间建立直接的通信链路，实现了数据的快速传输和处理，极大地提高了通信效率和网络的可靠性。当前大规模星座的星间组网面临的技术难点包括网络化管控的复杂性、星上路由的快速收敛、多业务服务质量保障以及业务流量分布不均导致的网络拥塞问题，能够高效发挥星间组网潜力并实现大规模星座组网应用至关重要。星间组网技术的发展，不仅推动了卫星通信技术的进步，也为全球互联网覆盖提供了新的解决方案。随着技术的不断进步和创新，星间组网技术势必将为全球互联网覆盖提供更加强大和可靠的支持！
