航天作为当今世界最具挑战性和广泛带动性的高技术领域之一,是国家综合实力和大国地位的重要体现。“航天电子技术与应用前沿”丛书基于“十三五”“十四五”国家重点研发计划项目等,全面、系统反映了航天电子领域的前沿研究和关键核心技术。

本书首先介绍了星载边缘计算的发展历程和基本概念,然后重点介绍了星载边缘计算的系统架构及其关键技术,包含网络组网技术、任务卸载技术、内容缓存技术、质量保障技术、安全防护技术、仿真测试验证技术,并在最后给出星载边缘计算的发展趋势与展望。本书融合了星载边缘计算的理论基础和作者长期工作中总结的经验,在理论性和实践性两方面都具有较高的指导价值。

—东汉徐岳《数术记遗》

“计数之要，必资计算”。

计算第一次作为独立术语出现，是记载中国古代珠算之法(李国杰院士，《计算的魅力》)。彼时，计算站在“术”的层面，提供的是一种工具。纵观古今，计算通过不断地演进和革新，有力推动着技术的进步。进入IT时代以来，计算技术更得以广泛研究和应用落地，这其中，便有了边缘计算。2014年，欧洲电信标准化协会(ETSI)提出了移动边缘计算概念，在移动网络边缘部署计算和存储资源，为移动网络提供IT服务环境和云计算能力；2016年，中国施巍松教授团队定义边缘计算是在网络边缘执行计算的一种新型计算模型；此外，还有学者为了更形象地解释边缘计算整体概念，提出了“章鱼说”“仿生说”“公司说”等众多说法，也印证了边缘计算技术的迅猛发展。

用户在移动通信网络中连接RAN(无线接入网)实现的传统边缘计算方法，在地面通信阻断、NTN(非地面网络)或其他特定场景中，服务响应中断、用户服务质量明显下降。这类完全依靠地面网络的计算范式出现了瓶颈，然而，疆域从来不是人类探索未知和追求真理的束缚，迅速实施建设的低轨卫星互联网星座，让星地融合网络快速成为全球信息化的主要趋势，也将传统边缘计算的概念和范畴推向了太空。

卫星星座融合移动边缘计算技术，实现网络资源与计算资源的优化匹配、有效协同，推动网算资源集约部署和跨域共享，从而赋能网络服务。其中，利用低轨星座向陆域、海域、空域等各域用户提供无缝覆盖、随遇接入和按需服务，是天基异构网络信息服务的关键业务场景，可以实现广覆盖、高带宽、低时延的敏捷协同和计算卸载。此类计算服务在灾害救援、智慧城市、精准农业、军事协同等领域发挥了重要作用，满足各类垂直任务就近计算需求，有效提升了用户服务质量和空间信息服务能力，这一计算范式即为本书所探讨的星载边缘计算，而此时，计算提供的是服务。

本书主要关注星载边缘计算的整体架构、关键技术和验证方法等主题，希望读者阅读本书后，对星载边缘计算在天基信息服务中的作用和机理有一个宏观且接近系统的掌握。本书大致内容如下：第1章从边缘计算的基本概念出发，讨论其应用场景和特性，尝试梳理星载边缘计算的技术发展脉络和内在驱动逻辑。第2章阐述了星载边缘计算的体系架构、部署方式和服务模式，并作为总体牵引出后续重点展开的五大关键技术。第3～7章从网络组网、任务卸载、内容缓存、质量保障和安全防护等不同视角出发，着重介绍了各自的基本内涵、优化方法和技术细节，对研究者较为关心的分域进行了详细探讨。第8章是对星载边缘计算验证平台、验证流程和方法的阐述，其以本书团队构建的典型应用场景为基础，从软件仿真和半实物系统测试两个维度进行验证和结论分析。第9章则对星载边缘计算领域的未来发展趋势进行了初步的展望和设想，旨在抛砖引玉，以期引起更多学者的关注与探讨。

本书由上海航天电子通讯设备研究所，联合北京航空航天大学和中国科学院软件研究所等高校、科研机构的技术专家、教授、学生组成的写作团队共同完成，编写过程中参考了国内外许多学者的著作，引用了其中的观点和数据，在此一并表示由衷的感谢。同时，本书出版的策划和编辑工作得到了上海科学技术出版社的大力支持，在此同样致以诚挚的谢意。

由于作者学识水平有限，书中难免存在偏颇或疏漏之处，敬请读者批评指正。

作 者

2025年8月·上海