2023低空网络信息服务能力白皮书

低空网络信息服务能力白皮书 WhitepaperforInformationServiceCapabilityofLow-altitudeNetwork 2023 中国移动（成都）产业研究院 中国移动通信研究院 2023年6月 引言 《低空网络信息服务能力白皮书》结合无人机低空应用需求，发挥5G及5G-A移动通信网络和技术优势，为低空经济发展提供安全可控、全域覆盖、经济高效、智能开放的低空信息基础服务能力体系。 截至2022年底，全国移动通信基站总数达1083万个，其中5G基站数量为231.2万个，已形成覆盖全域的信息服务基础设施体系，如何有效地利用这张大网，为无人机管理和服务提供强有力的技术支撑、促进低空经济持续开放与蓬勃发展是摆在我们面前的迫切任务。随着空中活动需求的增加，各类飞行器能力正逐步覆盖全空域、多行业需要。无人机的能力范围涵盖了从低空到高空的各个高度层，包括微型无人机、中型无人机、大型无人机等各类机型，应用于公安、交通、应急、物流、测绘等诸多领域，正推动生产生活模式的转变。与此同时，在国际标准、产业能力上，5G及5G-A通信网络正加速推进与无人机系统等各行各业的深度融合，依托于5G网络可实现对无人机的可信接入和位置管理，并借助于通感一体化、网络AI等5G-A新技术，助力打造无人机飞行业务的全域监管及高效服务的全新能力。 中国移动（成都）产业研究院联合中国移动通信研究院从低空综合信息服务能力和低空网络增强能力出发，构建面向低空应用的信息基础服务能力技术体系。以低空网络增强能力为支撑，通过综合信息服务平台“中移凌云”实现低空空域产业各方的实时连接，促进信息的高效传递与共享，支撑任何时间、任何地点、任何角色间的高质量通信，保障了管理者看得见、叫得到、管得住，应用者全域飞、安全飞、智能飞，实现了高效率、低成本的“一键净空”。充分发挥中国移动大网优势，将5G及5G-A网络能力适配监管方和产业界需求，加快建设新型低空信息基础设施和“连接+算力+能力”新型低空信息服务体系，以信息能量化推动低空经济的数字化建设。 目录 一、低空经济的发展情况1 二、低空无人机发展面临的挑战3 三、面向低空应用的信息基础服务能力技术体系4 3.1总体架构4 3.2低空综合信息服务能力5 3.2.1全生命周期身份管理服务5 3.2.2信息连接服务7 3.2.3飞行基础服务8 3.2.4合作飞行信息服务8 3.2.5非合作飞行信息服务9 3.2.6算网融合服务9 3.2.7智能辅助决策服务10 3.3低空网络增强能力11 3.3.1低空网络增强架构12 3.3.2可信身份识别机制12 3.3.3安全管理及定位追踪能力13 3.3.4网络AI辅助无人机监管15 3.3.5通感算一体化16 四、演进路线18 五、总结19 六、缩略语列表20 七、参考文献21 一、低空经济的发展情况 习近平主席在中共中央政治局第三十四次集体学习时强调，要加快新型基础设施建设，加强战略布局，加快建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施，打通经济社会发展的信息“大动脉”。2022年1月中国民用航空局、国家发改委、交通运输部联合印发《“十四五”民用航空发展规划》，大力引导无人机创新发展，积极拓展服务领域，完善法规标准体系，创新无人机产业生态。 近年来，无人机产业已呈现快速发展的态势，2022年中国民用无人机市场规模已达 443.58亿元，预计2022-2027年我国工业无人机行业市场规模年复合增长率（CAGR）为39%，到2027年我国工业无人机行业市场规模将达到3138亿元（数据来源：前瞻产业研究院）。无人机产业构成主要由上游（无人机零部件制造商及分系统研制商）、中游（无人机系统集成及服务提供商）、下游（公安、应急、交通、巡检、测绘等应用场景）为主,随着产业技术的不断创新，将颠覆众多行业的传统作业方式，朝着行业多领域、性能多样化的新局面发展。结合AI人工智能、信息通信、北斗导航等新一代通信和信息技术，无人机产业成为推动经济增长和满足人民生活需求的新引擎。 图1-1中国无人机市场规模 以上数据表明，无人机产业已进入快速增长期，无人机充满整个低空立体空间已成为一个明确趋势。同时，国内外相关机构均着手制定低空空域管理的相关办法及法规。2023年4月国务院审议通过《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例（草案）》，规范无人机飞行以及有关活动，并加快完善监管体制机制，健全监管服务平台，提升监管服务能力，确保飞行活动安全有序。该条例的出台，标志着国家加快了对无人机飞行管理体系 的建设与健全，对整个无人机产业的发展具有重大意义。另外，美国FAA在无人监管方面也颁布相关要求，规定无人机通过RemoteID系统进行身份广播，为政府部门提供追踪和控制的能力；欧盟航空安全局(EASA)也在积极解决无人机安全交通管理面临的问题与挑战，制定了监管草案，明确提出了要在U-space中建立更高级别的安全要求。 二、低空无人机发展面临的挑战 低空空域无人机活动的特点包括设备异构、高密度、高频次、全覆盖、大连接、高时效、高安全要求等。目前低空网络服务面临辅助监管机制不完善、低空网络覆盖仍需优化、低空业务保障有待提高等诸多难题。传统单一的监管及运营服务方式已经无法满足无人机的监管和服务需求，从单一到体系化转变的趋势逐渐显现。 （1）服务监管机制尚不完善 无人机分类分级复杂，平台构型包含多旋翼、固定翼、混合型等多种。无人机产品的异构化导致对于无人机的服务及管理缺乏有效的规则及机制，造成了目前无人机使用过程中难识别、难监管、难处理等一系列难题，亟需统一的监管机制实现对无人机接入、鉴权授权、飞行业务等有效管控。 （2）低空网络服务仍需优化 蜂窝网络基站的密度不断增加，已经具备了广域覆盖和高速数据传输能力。但现有的大量无人机仍依赖于与地面站的单点通信方式，极大限制了无人机空中作业的灵活性和自主性，导致信息孤岛现象严重，飞行信息无法有效共享，削弱了数据资源带来的经济价值，加大了管理难度。为建立更加开放共享的低空网络服务，需要更加全面的网络架构升级、无线资源优化，同步保障数据链路安全以支撑低空一张大网的落地。 （3）低空业务保障有待提高 无人机需具备高度的智能化能力，包括感知、识别、决策、控制等多方面的技术支持，对网络连接的上下行带宽、业务时延、以及网络的链路稳定性提出了较高的要求，通信网络需要针对不同的无人机业务类型提供特定的网络能力，包括对不同载荷业务的网络能力适配，以及基于网络状况对无人机飞行路径的优化等。 整体来看，低空无人机发展需要推动行业进行体系化服务及监管能力升级，加速行业向规范化、标准化快速过渡，通过提供高效、可靠的监管及服务通道，推动行业向更加成熟、可持续发展的方向迈进。 三、面向低空应用的信息基础服务能力技术体系 3.1总体架构 为实现对无人机的有效管理，需要监管者能在任何时间任何地点与任何无人机保持低时延的双向通信，以保证监管者对无人机能看得见、叫得到、管得住。 看得见：监管部门及被授权的相关服务能力提供部门能够全方位、实时地了解无人机的运行情况，包括无人机的位置、飞行高度、速度等信息，以及无人机的行为模式、飞行轨迹等数据。只有看得见，才能及时发现无人机的异常行为，有效预防和应对无人机的安全风险。 叫得到：监管部门能够通过各种手段及时向无人机进行管理和指导，如通过实时通信、飞行限制等方式实现对无人机的实时控制和管理。只有叫得到，才能有效控制无人机的行为，提高无人机的安全性和稳定性。 管得住：监管部门能够直接参与无人机的注册、审批、管理等各个环节，以实现对无人机的全面、精准监管。 为实现该目标，本文提出了面向低空应用的信息基础服务能力体系支撑监管方随时随地、高效率、低成本的“一键净空”等高效管理能力，信息基础服务能力技术架构如图3.1-1所示。 图3.1-1技术架构 3.2低空综合信息服务能力 国家大力推动低空产业经济发展，借助大规模移动通信网络，提供高可靠低时延、大带宽、广连接和高安全性等优势，提供全天候随时随地无人机高质量信息服务，实现无人机分级、分类、分区域的连续管理，加强移动通信网络在无人机领域的应用，助力低空产业数字化的发展。 3.2.1全生命周期身份管理服务 随着无人机应用的不断扩展，无人机数量的不断增加，无人机的统一身份认证能力变得尤为重要。无人机的统一身份认证能力可以有效提高无人机的安全性、可管理性和可追溯性，是构建无人机全生命周期高速信息通道的关键。 我们提出通过用户信息与设备信息相结合，构建无人机在全球范围内的唯一身份标识信息，提供面向无人机设备和操作人的数字身份证管理体系。SIM(SubscriberidentityModule)卡是移动通信用户所持有的IC卡，称为用户识别卡。该身份信息由运营商生成和管理，每张SIM卡具有全球唯一的身份信息，可以有效避免身份的冲突。同时，SIM卡存储了唯一识别码和身份信息，其身份信息支持与无人机其他信息进行强关联，采用密钥加密和认证机制进行保护，即使窃取了SIM卡也很难破解其中的加密信息，促进更加全面、可靠的无人机管理。此外，运营商可以对SIM卡进行远程管理和监控，在发生异常情况时对SIM卡进行锁定和保护。以SIM卡作为无人机唯一身份有着唯一性、安全性、可靠性、灵活性等诸多优势，可提供完备、安全的数字身份管理体系。无人机身份信息统一认证流程包含了注册、分发、认证和权限管理四个环节，分布 在无人机的研发制造、认证适航、流通运行和监管服务的全生命周期，支持随时随地获取无人机的身份、所属权、运营人等诸多信息。 研发与制造。低空无人机的种类繁多，不同设备有不同的硬件、软件和通信标准，这种差异性使得设备之间难以互操作和互通，增加了设备的管理和维护成本。全生命周期身份管理推动设备生产商在设备生产之初完成无人机身份凭证联网备案，实现“一机一码”的管理体系，从源头提供符合监管要求的无人机产品，确保设备的统一规范化和安全合规性。 认证与适航。无人机驾驶航空器具有多样化、个性化的需求，目前适航认证环节缺 乏基于现有设施的统一身份监管通道，结合无人机驾驶航空器具有快速更新、升级的特点，适航认证的周期也需要大量人力成本支撑。基于SIM卡的全生命周期身份管理服务以“一人一码”方式实现认证与适航过程中的管理。在无人机起飞前，可通过综合信息服务发送身份信息及飞行计划，监管方或服务提供方进行联网身份认证及飞行计划审核，身份及飞行权限认证成功后无人机正常启动执行任务，否则，无人机将被禁止起飞。无人机统一身份的认证与适航流程如图3.2.1-1中所示。 图3.2.1-1无人机统一身份的认证与适航 流通与运行。在智能化流通与运行中，无人机需要可信的追踪渠道，降低信息绑定及变更成本。低空综合信息服务用于连接各个子系统，将设备和传感器数据整合到统一集中化信息处理平台中，实现数据的互通和共享，支撑飞行过程中实时监测与权限管理。其中，权限管理包含对无人机的操作、运行和访问等行为进行管理和监督，授权过程应严格基于统一身份凭证，根据无人机的使用范围和任务进行授权管理，确保无人的安全性、合规性和可靠性。 监管与服务。全生命周期的身份管理能力进一步支撑监管的科学化、规范化、标准化，既向监管方提供了全局视野，强化了合作无人机的管理效率，降低黑飞误检率，同时也为其他服务提供商提供了可靠的实时信息反馈。基于现有基础设施完成低成本监管通道搭建，通过技术手段保障监管的效率和成本，建立起全方位、多层级、多方参与的管理体系。 经过多年发展，移动蜂窝网的身份认证和鉴权技术已相当成熟，有极大的安全和完备性优势，各大通信运营商也已经形成完备的管理体系。无人机作为新兴行业，可以在此成熟体制的基础上，快速复用其能力。低空综合信息服务能力支持蜂窝网身份认证和鉴权能力的对外开放，为服务和监管方提供完整的能力映射，快速实现“一机一码”和 “一人一码”的闭环管理，助力监管和服务方快