蜂窩坍塌？關於6G天地一體化資料中心的構想

文 | 特約專家劉鵬

總編輯的推薦

劉鵬先生在繼《蜂窩坍塌？關於6G架構變革的思考》之後，再次推出6G時代天地一體話資料中心的思考，值得欽佩。作為長期耕耘通訊產業一線的資深通訊人，在6G正在找方向、做定義的預研期，給出自己建議，體現了對產業未來的關切。

通訊網發展至今，正在經歷以連線為中心到以計算為中心的蝶變，通訊網亦正演變為計算網。資料中心在網路中的角色凸顯，直接關係網路效能、成本、運營和業務生成。顯而易見，在6G時代，計算的中心地位會進一步加強，資料中心的構建將更為重要。劉鵬先生提出天地一體化資料中心，令人耳目一新。從

“東數西算”到“地數天算”，這是一個巨大的飛躍，也是本質的變革。

希望劉鵬先生的“太空資料中心”構想，像馬斯克的“衛星網際網路”一樣，在6G時代夢想成真。

《通訊產業報》全媒體總編輯

辛鵬駿

序言

在上一篇“蜂窩坍塌？關於6G架構變革的思考”中論述了6G太赫茲環境下，網路核心網、傳輸、無線接入架構的深刻變革。本文從變革後網路架構和業務需求的背後的資料中心建設、組網的特徵和技術趨勢等問題進行了進一步探討。

未來6G天地一體化的新型網路架構會引發帶動驚人的變革。按照專家的構想，未來6G天地一體化網路將是實現以社會的虛擬和現實相結合的“數字孿生”為特徵的各種業務：AR/VR、人工智慧、智慧民生、智慧工業、智慧農業等等。其網路特徵將是按需服務、至簡、至柔、智慧內生、安全內生，被運營商稱之為算力網路。近來，又被業界熱炒為“元宇宙”。可見6G天地一體化無線網路架構背後最重要的基礎設施就是為千行百業的應用的資料中心及其組網。資料中心及組網既關係到數字化轉型的千行百業的資料中心的指數級增長，又面臨碳達峰碳中和節能減排的巨大壓力；既要面對各種應用分散式熱資料的快速增長，又要面對極其龐大的冷資料中心的長期存在。更關鍵的是6G 業務應用資料互動時延是資料中心的命門。

資料中心牽扯到晶片、計算、儲存、交換、安全、伺服器和交換機的白盒化諸多領域，已有很多技術研究成果和進展，本文不再討論。只是關注冷熱資料組網、資料中心組網的時延特徵、資料中心的耗電和節能。這些問題關係到諸多應用的體驗、關係到碳達峰碳中和、關係到資料中心及組網的長遠發展道路。

在資料中心建設和組網中有兩個非常重要命題，其一是資料中心的互動時延將成為6G時代的資料中心組網的重要特徵；其二是建立太空資料中心將成為天地一體化資料中心組網的重要組成部分。下面，我們圍繞這兩個問題，對未來資料中心組網的指標要求以及太空資料中心存在的若干技術問題和發展趨勢進行詳細討論。

圖1 天地一體化資料中心

第一章

資料互動時延是未來資料中心組網的重要指標

隨著5G日益發展的壯大，國計民生、各行各業掀起了數字化的高潮。尤其是人們對未來6G時代的應用規劃遠景：太赫茲的極高頻寬、傳送速率、極短時延；天地一體化無線覆蓋；自動駕駛、人工智慧、全息通訊、AR/VR、數字孿生等應用都對資料中心提出了更高的要求，其特徵就是資料的互動時延。而目前業界還停留在冷資料、熱資料的概念中。

1、資料中心的熱資料與冷資料：

隨著4G、5G的迅猛發展，移動網際網路大大推動了網際網路資料中心(IDC)建設的高潮，尤其是在數字化轉型的浪潮下，企業資料中心(EDC)、國家級大型超算中心(NSC)如雨後春筍迅速發展起來。隨著MEC的興起，邊緣網路資料中心在地理位置上靠近客戶，目的是降低延遲，減少網路擁塞，作為使用者和中央資料中心之間的資料聚合和內容快取點，但就資料中心建設和組網其主要的目的還是為了降低資料中心的成本。

例如，資料清洗與標註提升儲存資料的質量，減少無效資料的儲存，冷熱資料分開存放;雲邊端協同最佳化資料處理效率。尤其是冷熱資料分開存放、東數西算、雲邊端協同最佳化資料處理都與資料中心組網強相關。熱資料是需要被計算節點頻繁訪問的線上類資料。冷資料是對於離線類不經常訪問的資料，比如企業備份資料、業務與操作日誌資料、話單與統計資料。所以，熱資料因為訪問頻次需求大，效率要求高，一般就近計算和部署；冷資料訪問頻次低，效率要求低，可以做集中化部署，而基於大規模儲存池裡，可以對資料進行壓縮、去重，建設在能源成本較低的邊遠地區降低資料中心的成本。

但冷熱資料的概念忽略了業務資料互動的時延，因為一些業務為了保證體驗質量必須有相應的互動時延作保障。例如，VR/AR遊戲要求的時延小於20ms，自動駕駛、特殊的工業控制資料互動要求時延小於5ms。而很多被稱之為熱資料的互動50ms也是可以滿足業務要求，其資料中心在比較了傳輸成本考量後可以建在能源成本較低的邊遠地區。所以，冷熱資料的概念雖然有兼顧時延因素，但根本上是考慮傳輸成本和耗能成本而已，用冷熱資料的概念無法建立和表徵未來6G時代不同業務互動時延的資料中心特徵。

2、資料的“互動時延”是未來資料中心組網和選址的重要指標

隨著智慧城市、智慧工廠、自動駕駛、全息通訊、AR/VR、特殊工業控制等要求低時延業務的需求，資料互動的時延體驗不僅是冷熱資料的區分標誌，也將成為資料中心組網的重要指標。

現在業界還沒有明確的提及，並把資料互動時延作為建立資料中心組網的重要指標。

一般說來，資料互動時延特徵小於20ms-5ms-1ms稱之為快資料,而大於50ms的資料互動時延就可定義為慢資料。例如，貴陽的國家資料中心與北京業務互動距離2200公里，資料經過多端多節點傳輸，時延過長，顯然不能滿足快資料的互動時延。因此小於1ms-5ms時延的資料庫就應該設定在邊緣計算(MEC)與終端側；(例如：自動駕駛的互動資料就應設定在汽車內終端資料模組中)，20ms 時延的資料庫設定在本地資料中心(例如，VR/AR遊戲類業務時延要求小於20ms);大於50ms時延的資料可以歸於冷資料中心(距離比較遠、能耗成本比較低的的超大資料中心)。

所以，資料中心組網要在兼顧資料互動頻次、資料互動成本(包括資料傳送成本、能耗成本)的基礎上、要特別關注資料互動時延(業務要求的資料傳送時延)，只有這樣組網才能達到既能滿足業務時延的需求，又能降低成本，又能綠色節能。資料互動時延理應成為資料中心建設和組網的重要指標。

圖2 不同應用的時延指標要求

第二章

太空資料中心將成為天地一體化資料中心組網的重要組成部分

關於未來6G的網路架構，天地一體化組網已經是業界的共識。而地面資料中心在未來6G各種場景的應用下會有指數式的增長，其耗能面臨碳達峰碳中和的巨大挑戰。為了尋求終極的解決方案，把在時延允許(大於20ms-50ms 時延)的條件下逐步把部分或大部分地面資料中心遷移到太空中成為必然的發展趨勢。

在6G網路架構下，資料中心的組網必然是在地面資料中心的基礎上，實施天地一體化資料中心組網。地面的資料中心按資料交換時延、資料交換頻次、資料交換成本組網。而在太空通訊網路的資料中心如何組網、如何把地面資料中心與太空資料中心相結合，如何把本屬於地面的資料中心遷移到太空中，建立太空資料中心，成了值得探討的重要戰略和技術問題。

最近有一則訊息引起了業界的關注：SpaceX一段時間停止了發射星鏈(Starlink)衛星任務，該公司總裁格溫·肖特維爾(Gwynne Shotwell)在8月中旬表示，公司暫停了Starlink衛星的部署，因為他們正在完成首批配備鐳射通訊鏈路的下一代Starlink衛星。這些帶有鐳射通訊鏈路的衛星群將無需與地球上的地面站通訊就能完成資料傳輸。同時，由於這些衛星由於是透過鐳射鏈路相互傳輸資料，因為光在太空真空中的傳播速度要比透過光纖電纜快得多，這樣就會比地面使用者的資料傳輸速度更快。SpaceX執行長馬斯克日前透露，星鏈Starlink衛星網際網路服務很快就能以接近光速的速度傳輸資料(可以達到光速的97%的傳輸速度，要比光纖傳輸速度快40%)。星鏈星座作為天基網際網路，很可能給世界帶來極具顛覆性的效應。

星鏈網路架構正是基於此設計：使用者終端——星鏈衛星(包括資料互動)——星間鐳射鏈路——星鏈衛(包括資料互動)——使用者終端。理論上使用者在全球任意位置都可接入星鏈網路，從而享受高速度、低延遲的網際網路體驗，而不依賴地面網際網路。相對於目前地面傳統網際網路技術，雖然天基網際網路不能代替地面移動網際網路的作用，星鏈網際網路系統可以在太空環境下完成全球任何地點的通訊。為將來6G時代的天地一體化組網滿足眾多應用開闢了值得借鑑的方向。

從天基網際網路星鏈的部署計劃可以很清楚看出，必然將在太空中建設資料中心。在一些邊遠地區、海洋、高山以及特殊行業的衛星移動網際網路通訊不需要依賴地面移動網際網路的支援。星鏈星座還可以作為任何一種衛星或地面設施的資料中繼層。一旦實現，在很多的行業應用如自動駕駛、航海業、航空業、甚至智慧城市、智慧工廠等應用就會會直接採用太空中的資料中心!太空資料中心會呈現出傳輸速度快、低成本、節能等重要特徵。

因此，未來6G天地一體化資料中心的重點課題在於太空資料中心的建設。

1、太空資料中心的時延可以滿足太空與地面的大部分業務的時延要求

按照近低軌衛星通訊到地面的距離300-2000公里，它的資料互動時延：

總時延=傳送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延。

傳送時延：是從傳送資料幀的第一個位元算起，到該幀的最後一個位元傳送完畢所需的時間。傳送時延=資料幀長度(b) /通道頻寬(b/s)(通道頻寬就是資料率)

傳播時延：電磁波在通道中需要傳播一定的距離而花費的時間。傳播時延=通道長度(m)/電磁波在通道上的傳播速率(m/s)

處理時延：主機或路由器處理所收到的分組的時間。

排隊時延：分組在輸入佇列中排隊等待處理，在輸出佇列中等待轉發，就形成了排隊時延。

可以看出資料互動時延的組成中，傳送時延、處理時延、排隊時延很重要，但不是剛性時延，一直在改進中，隨著技術的進步會得到更理想的結果。而傳播時延相比來說是剛性時延！主要取決於傳播距離，儘管在太空中無線電K頻段(世界大多數公司都選擇了K波段-20-40G)傳播近似光速，除了向地面傳輸的大氣層影響外，傳播距離仍是影響時延的主要因素，這也是天基網際網路要選擇在近地軌星座組網的根本原因。按照傳播時延=通道長度(m)/電磁波在通道上的傳播速率(m/s)，電磁波段一定，近地軌衛星的傳播時延大約在20-50ms。馬斯克的星鏈計劃宣稱時延可以達到小於20ms，其時延可以滿足太空到地面的大部分業務應用。

圖3 全球StarLink網路測試時延資料

另一方面蜂窩通訊、多址、點波束、頻率複用等技術不斷改進也為低軌道衛星行動通訊提供了技術保障，聚焦寬頻移動網際網路服務，而且資料時延20-50ms可以存取在太空資料中心，加之低軌衛星間鐳射通訊以極低的時延傳輸，不需要地面網際網路就可滿足。整個寬頻衛星網路的運營也類似於維護資料中心裡的伺服器叢集，該叢集也會頻繁更新軟體，以解決諸如效能和安全性等問題。成為天地一體化資料中心組網的重要部分。

目前大多數地面資料中心的互動時延大約50ms左右，太空資料中心的建設在時延的指標上可以滿足大部分業務要求。

2、分散式是資料中心低軌衛星星座組網的必然選擇

現有水平的資料中心裝置本身的體積大、重量大、耗電大，無法在太空中建設單一大型資料中心，決定了在太空中資料中心的組網必須是分散式的。這是因為現階段低軌衛星的容積有限，太陽能電力容量小於2000瓦，即使最大限度的小型化、模組化、節能化進步也無法建立巨大的單一資料中心，必須把資料中心分佈建在每一顆衛星上，透過衛星鐳射通訊極低的時延進行資料交換，形成一體化的大型資料中心。

例如，現在國內最東北的使用者要透過衛星通訊聯絡最西南的使用者：使用者終端——星鏈衛星A——地面站核心網及傳輸——星鏈B——使用者終端，完全取決於地面核心網資料獲取及連結，而且還要透過地面站核心網及傳輸來解決衛星A和衛星B跟兩個使用者的連結。即使兩個使用者同在一顆衛星覆蓋下需求連結，也需要地面站核心網的連結。這樣就大大增加了連結傳輸的時延和成本。一旦透過低軌衛星的鐳射通訊而建立太空資料中心，就完全不需要地面站的核心網的支援，大大降低了衛星通訊的時延和成本。太空分散式資料中心組網就成為6G天地一體化組網的必然選擇。

圖4 基於地面核心網的衛星通訊

3、逐步把部分地面資料中心遷移到太空資料中心

能否把符合20-50ms的原本在地面的資料中心完全建立在太空中，充分利用太陽能源、太空中低溫環境的自然冷卻、太空鐳射通訊的最低時延、低軌/中軌/高軌衛星可以防範地面自然災害和資訊保安(量子加密)將成為天地一體化資料中心組網的必然趨勢。傳統地面站資料中心原本是為衛星通訊提供支援，完全可以透過地面站把地面20-50ms的業務資料傳送到太空資料中心儲存和交換，建立地面資料中心遷移到太空中的地對空中轉站。

所以，天地一體化資料中心的組網就可按資料存取頻次、資料時延要求、資料存取交換成本組成。而不需要拘泥地面和太空，而是以時延為特徵，建立地面資料中心、分散式邊緣計算資料節點(MEC)、太空分散式資料中心、應用於地面的低軌/中軌/高軌綜合安全的太空資料中心。實現未來6G天地一體化資料中心，尤其是實現未來“地數天算”的夢想。

圖5 天地一體化資料中心組網

4、特定垂直行業可能率先實現天地一體化資料中心

例如，從遙感影象裡提取資訊,是遙感應用和遙感產業的基本生產方式。但是越來越豐富的影象資源帶來了新的問題: 判讀員不夠用。按照國際業界共識,一名合格的判讀員培養週期長達八年之久。即使在技術人才最為充裕的美國情報部門,也長期面臨著判讀員嚴重匱乏的問題。所以大部分衛星影象——不管是數字的還是膠片從來沒有人看過。高解析度衛星的商業化和商業星座的普及,更是讓數字遙感影象成了要多少有多少的海量資源。這形成了遙感應用產業中最為薄弱的一個環節,龐大的資源和龐大的需求之間,靠極為有限的人力判讀環節維持著。

國內外遙感應用界最近把這個問題推向前臺，行業熱議的話題正是“對地觀測行業從銷售資料轉向銷售答案”。要從資料中取得答案,就不可能像傳統上那樣靠人力來分析資料,只能依靠人工智慧和深度機器學習技術。在遙感產業界規模最大、名氣最大的數字地球公司,則把自己的業務全面轉向了亞馬遜網路服務公司(AWS),利用AWS所掌握的機器學習技術來實現深度分析,服務於防務、情報、公共安全、測繪、環境保護、油氣勘探和導航等領域。越廣泛的行業應用，就需要越多的衛星影象資料傳輸、AI機器學習和分析、讀圖結果的傳遞，這對實時性和成本產生巨大挑戰。

隨著衛星遙感AI識別技術的成熟，將AI算力整合為微型資料中心，集成於遙感衛星中，可以實現實時偵測、實時分析，快速分發、

結構化處理後的分析結果給各類使用者，幫助更多的使用者具備低成本快速決策能力，並且大幅度降低衛星鏈路的影象資料傳輸量。

類似AI遙感衛星資料中心的模式，未來在特定垂直行業，將率先將空間測繪+資料AI處理+ 結構化內容分發集將成為太空資料中心的核心模組。

第三章

建設太空資料中心是未來資料中心實現碳達峰和碳中和的重要途徑

地面資料中心作為耗電大戶，由於智慧城市、雲計算等應用帶來的龐大需求將會持續刺激資料量的增長，進而推動資料中心耗電量增長，預計未來資料中心耗電量仍能維持雙位數增速。工信部計劃2022年資料中心PUE基本達到國際先進水平(PUR1.3-1.4)，假設資料中心耗電量年複合增長率在2020年達到峰值的17%，之後增速逐漸下降到2025年的12%。在上述假設基礎上，按工信部的統計和預測2020年國內資料中心年耗電量約為2,045億千瓦時，佔全社會用電量的2.7%，2025年資料中心年耗電量約為3950億千瓦時，佔全社會用電量4.1%，2030年還會翻翻，給碳達峰碳中和的目標實現帶來巨大挑戰。

地面的大型資料中心耗電巨大。對於資料中心而言，IT和空調製冷裝置是資料中心的主要能耗來源，兩者通常佔資料中心總能耗的85%。而IT裝置主要由伺服器、儲存和網路通訊裝置構成。其中伺服器系統用電約佔50%，儲存系統約佔35%，網路通訊裝置約佔15%。

圖6資料中心能耗

圖7 資料中心IT裝置能耗來源

資料來源：智研諮詢《2020-2026年中國資料中心IT基礎設施第三方服務行業市場競爭狀況及投資風險預測報告》

地面資料中心在未來6G的業務發展中，資料中心必將會指數級增加，耗能巨大，要想實現資料中心的碳達峰碳中和，把能夠允許20ms-50ms及以上時延的資料中心從地面遷移到太空就成為未來中心碳達峰與碳中和的必然途徑。

1，太空資料中心必須採用小型化和低能耗的IT裝置

地面的大中型市中心的IT裝置耗能排在第一位，低軌衛星所提供的太陽能電力1000瓦-2000瓦左右只能提供一個標準機櫃的耗能，無法達到地面大型資料中心的電力供給。所以，現階段低軌衛星組網在太空建立資料中心只能採用分散式。而且提高IT裝置的整合度和低能耗成為關鍵，最新科研進展表明傳統技術未來採用1-3-5奈米晶片和演算法可以大大提高IT裝置的整合度，降低IT裝置能耗。如果未來把量子計算和儲存技術於太空資料中心就能完美解決問題(而太空的低溫環境也可以量子計算創造條件)，這樣也為太空大型資料中心奠定了基礎。

2、太空資料中心可以天然解決IT裝置的冷卻問題

地面的中大型資料中心的冷卻裝置耗能佔到35%，如果能建立太空資料中心，宇宙空間接近真空狀態，並且溫度非常低，大大延長太陽電池以及資料中心IT裝置在太空的工作壽命，關鍵是可以省去地面資料中心的冷卻裝置耗能。問題是低軌衛星執行背陽的一面溫度零下100多度，可以很好地利用進行裝置冷卻，而向陽一面溫度達到100多度，就必須研發相應的反射面來保持低溫，這樣就可以天然解決IT裝置冷卻問題。節省地面資料中心冷卻裝置的耗能。這也是建立太空資料中心最有前景的驅動理由之一。

3、衛星太陽能電站可以為太空資料中心提供清潔能源

1968年，美國科學家彼得·格拉舍提出建立衛星太陽能電站的設想，並對衛星太陽能電站的設計提出了以下原則：

執行軌道應保證接受面能始終對準太陽，傳輸裝置能把能量向任何希望點發射；光電轉換元件應能達到最大的理論效率;傳輸裝置能將電能轉換後送回地面，而傳輸頻率滿足大氣吸收量最小；地球接受器能夠以需要的能量密度接收，並且能夠傳輸到使用者那裡。

衛星太陽能電站選擇的是地球同步軌道，並且為保證24小時工作，應當在同步軌道上佈置兩個衛星太陽能電站。光電轉換元件選擇比較成熟的矽光電池，其理論上的，並把太陽能轉化成電能供地球使用。雖然太陽能電站對地面使用還有很長的路要走，但對低軌衛星輸送能源更容易實現。這也是建立太空資料中心最有前景的驅動理由。

總之，建立太空資料中心，逐步解決了以上技術難題，就可以在未來6G天地一體化組網中實現資料中心的碳達峰碳中和的終極目標，實現未來“地數天算”的夢想。

第四章

太空資料中心面臨的挑戰和技術趨勢

毫無疑問建立太空資料中心是未來6G天地一體化重要趨勢和組成部分。同時也面臨若干技術問題值得探討：如何在太空中低軌道、地球同步靜止軌道衛星組建安全的天基資料中心組網;如何在太空根據耗能的限制而建立分散式資料中心(讓每個衛星分別承擔資料中心的資料獲取、資料計算、資料儲存、資料交換)；如何利用鐳射通訊解決資料傳輸與交換；如何提升伺服器效率降低發射及運維成本(是否在未來引入量子計算)；如何保障太空資料中心的安全(量子加密)；如何利用新技術延長低軌衛星的壽命(決定太空資料中心的壽命與成本)等等。

1，低軌衛星壽命和成本問題

低軌衛星的設計壽命為5-7年(遠低於靜止軌道衛星的壽命。)就會使太空資料中心的壽命短和成本高。這是因為低軌衛星要進行變軌控制，需要攜帶驅動變軌發動機的燃料有限所致。資料中心機房的軟硬體生命週期是一個持續迭代的過程，需要不斷地更新，一般3-5年就要軟硬體升級，8-10年就基本更新一邊。如果低軌衛星持續改進有了10年以上的壽命就可與地面資料中心的裝置壽命同步，就可以實現與地面資料中心相同的建設和運維成本，隨著太空技術提升，將會低於地面資料中心的建設和運維成本。

地球軌道衛星技術的發展一直受限於其自身攜帶燃料數量的多少。在這樣的情況下，一旦燃料耗盡，發動機失去驅動能源，無法調整軌道執行，整個衛星便宣告使命終結。而大量廢棄的衛星及其碎片滯留空間，也時常給其他正常運轉的飛行器帶來發生碰撞事故的風險。隨著國內外航天業界的努力，太空衛星加油飛行器即將誕生，並在未來投入商用。它的作用就像一個可移動的“太空加油站”，能夠自主與低軌道上執行的衛星對接，進行軌道燃料加註，使原本即將燃料耗盡的衛星執行更久時間，避免其過早“油盡燈枯”，可以使衛星壽命延長一倍以上。並且它能夠將廢棄衛星拖曳到所謂的“墓地軌道”，在那個高度下，它將不會給使用中的衛星造成威脅;或者相反的，將它們降低到地球大氣中，令其燃燒銷燬。其被定義為空間基礎設施服務工具，在為當前執行的衛星傳輸更多燃料的同時，也兼備檢測、牽引、復位和小規模維修等功能。

未來隨著太空加油站商用，就能大大延長低軌衛星的壽命，降低太空資料中心的成本，這樣就可為太空資料中心的建立和組網奠定堅實的基礎。

2，異構應用衛星資料整合問題

現在執行在太空中有非常多種應用衛星，例如，通訊衛星、氣象衛星、偵察衛星、導航衛星、測地衛星、地球資源衛星以及多用途衛星等。每一種應用衛星都會攜帶自己的資料中心，都會有專門的硬體IT裝置和演算法，七國八制，良莠不齊，麻雀雖小五臟俱全。業務屬性雖有不同，但資料型別如數字、語音、影象、影片雷同，各自演算法、標準卻各不相同。尤其是使用者註冊、鑑權、連結、定時、收費等管理功能完全雷同，但各起爐灶，獨門獨戶，互聯互通困難，往往造成了資料中心IT裝置的極大浪費，使得衛星發射和資料成本居高不下。建立統一的太空資料中心和平臺(極重要的衛星應用除外，例如軍事用途)，就會整合這些不同的應用資料，統一太空資料中心標準與IT裝置和演算法。(即使不同廠家，也要在同一標準下提供介面和互操作)。如果用建立統一太空資料中心整合這些不同的應用，就可以節省不必要的研發資源浪費，大大降低衛星的製造成本、衛星發射成本、太空資料中心的運維成本。

3，鐳射鏈路資料傳輸與安全問題

建立太空資料中心是“分散式”的，必然要用鐳射通訊鏈路進行中繼、交換、組網。

首先，鐳射鏈路技術，就是在軌衛星之間可透過鐳射通訊技術實現遠距離通訊。主要特點傳輸速率高、抗干擾能力強、系統終端體積小、質量輕小、功耗較低。但最大特點在於，不依賴地面網路的轉傳，由此減少地面站甚至避開地面站。雖然鐳射通訊是一項傳統的通訊技術，在地面易受氣候影響，在惡劣氣候條件下甚至會造成通訊中斷。大氣中的氧、氮、二氧化碳、水蒸汽等大氣分子對光訊號有吸收作用;大氣分子密度的不均勻和懸浮在大氣中的塵埃、煙、冰晶、鹽粒子、微生物和微小水滴等對光訊號有散射作用。雲、雨、霧、雪等使鐳射受到嚴重衰減。地球表面的空氣對流引起的大氣湍流能對鐳射傳輸產生光束偏折、光束擴散、光束閃爍(光束截面內亮斑和暗斑的隨機變化)和像抖動(光束會聚點的隨機跳動)等影響。這些問題對於鐳射鏈路通訊在太空的真空環境中都不存在，可以發揮鐳射通訊的優勢。也要看到在太空低軌衛星間執行中組網的鐳射通訊要克服發射和接收點之間的瞄準的難題。低軌衛星執行中為保證發射和接收點之間瞄準，不僅對裝置的穩定性和精度提出很高的要求，而且操作也複雜，需要極高級的AI智慧演算法和作業系統。

因此，6G天地一體化網路的太空低軌衛星、太空資料中心組網必須重視衛星的鐳射通訊技術。

其次，建立太空資料中心，由於傳播距離的不同，時延不同，低軌衛星資料中心可以滿足20ms左右的時延，中軌道衛星可以滿足50ms的時延，高軌衛星100ms以上的時延，要組成太空資料中心就必然會採用低軌/中軌/高軌衛星組成綜合太空資料中心網，也要依賴鐳射通訊進行傳輸和和交換。

星鏈計劃的第二代低軌衛星已經採用了鐳射通訊技術，可以預見未來鐳射通訊技術會的競爭會愈演愈烈(而鐳射通訊的頻譜資源是不可再生資源)，應當引起我們的重視。

鐳射鏈路通訊是太空資料中心傳輸交換的神經系統。畢竟鐳射通訊是外向光傳播，會被其它間諜飛行器探測光波，存在極大的安全隱患，為了太空低軌衛星通訊網和太空資料中心的安全，可以利用量子加密的方式，構築我們太空低軌衛星通訊網路和太空資料中心的內生安全。

總結和展望

綜上所述，未來6G天地一體化網路時代，天地一體化資料中心非常重要。尤其是：

(1)，互動時延是未來6G天地一體化資料中心及其組網的重要指標，而不必拘泥地面或太空。

(2)，建立太空資料中心，滿足衛星通訊外，尤其是把能夠允許20ms-50ms及以上時延的地面資料中心部分或大部分遷移到太空中去。

可以預見這兩個重要訴求將會成為未來6G天地一體化資料中心組網碳達峰碳中和的必然途徑，應該成為我國未來6G天地一體化組網的重要遠景。也是實現未來“地數天算”夢想。

航天業業界估計太空全球低軌道大約可容納60000左右的低軌衛星，太空衛星組網的鐳射通訊需要佔有大量的頻譜資源，可以預見衛星的軌道資源和鐳射通訊的頻譜資源這兩大不可再生資源的競爭會達到白熱化的程度，必須引起我們的重視。

所以，為了達到這樣的遠景，就必須對低軌衛星間鐳射通訊技術、太空太陽能電站技術、太空加油飛行器技術、低軌衛星間的防干擾技術(太陽風粒子、宇宙射線)、低軌衛星軌道中的防止碎片技術(衛星迴收技術)、太空低溫環境的IT裝置冷卻技術、量子計算與量子加密技術加以重視和研究。形成未來6G天地一體化網路系統性思維和統一綜合的發展戰略。只有這樣才能滿足未來6G與5G融合天地一體化的無縫覆蓋，滿足未來以6G時代以“數字孿生”為特徵的智慧工業、智慧農業、智慧海洋、智慧航空、自動駕駛、人工智慧、AR/VR 、全息通訊等各種業務。滿足未來6G天地一體化資料中心的碳達峰碳中和。

總之，可以預見以上問題會在10年左右得到解決， 6G天地一體化資料中心組網將開啟新的時代。

非常欣喜的是我們國家在航天技術、量子計算與加密技術、北斗系統、地對空通訊技術、晶片技術、計算與儲存技術、6G毫米波與太赫茲技術、太陽能技術、新材料技術都取得了令人鼓舞的進展。也有理由相信在這些前沿技術突破的基礎上我們會在未來6G天地一體化網路以及天地一體化資料中心組網的競爭中再續輝煌！

附：作者簡介

劉鵬，教授級高工，長期耕耘在通訊產業一線。曾任郵電部第四研究所產業部主任、副所長，主管研發管理及產業推廣。後長期在中興通訊多個部門擔任負責工作，任中興通訊副總經理。曾擔任國家3G專家組成員。