面向农村物联网应用的地面5G与卫星网络多连接融合解决方案研究

为解决农村地区网络覆盖不足导致的物联网(IoT)应用受限问题，研究人员开展了地面5G与卫星网络多连接(MC)融合的实证研究。通过构建TN-NTN(5G-Sat.)联合网络测试平台，验证了多连接策略可将延迟(<100 ms)、下行吞吐量(>30 Mbps)和上行吞吐量(>20 Mbps)的可用性分别提升至98%、99%和95%，显著优于传统单连接方案，为精准农业、森林管理等农村创新应用提供了可靠通信保障。

　　

在数字化浪潮席卷全球的背景下，农村地区却因网络基础设施薄弱而面临"数字鸿沟"困境。传统地面网络(TN)如5G在偏远地区部署成本高昂，而非地面网络(NTN)如卫星通信虽能覆盖广阔区域，却存在延迟高、上行带宽受限等问题。这种矛盾严重制约了微气候监测、牲畜追踪等创新物联网应用在农村的推广，阻碍了智慧农业和乡村数字化转型进程。

丹麦奥尔堡大学(AAU, Aalborg University)电子工程系的Alejandro Ramírez-Arroyo团队在《Smart Agricultural Technology》发表的研究中，首次通过大规模实测验证了地面与卫星网络多连接(MC)技术的协同效应。研究人员在丹麦奥尔堡南部20 km²的典型农村区域，搭建了集成双运营商5G网络和Starlink卫星的移动测试平台，采用自主研发的mpconn数据包复制工具，对TN-TN(5G-5G)和TN-NTN(5G-Sat.)两种多连接模式进行了系统性评估。

关键技术方法包括：1) 基于SIM8380G-M2模块和Starlink Gen-1终端的多网络接入平台构建；2) 通过GPS同步的30公里车载移动测试；3) 采用ping和iperf3工具测量时延与吞吐量；4) 网络层数据包全复制策略评估多连接性能。

4.1 农村地区网络覆盖特征

通过测量参考信号接收功率(RSRP)发现，运营商A的5G覆盖率仅35.7%，而卫星网络在视线无遮挡时保持稳定连接。双运营商蜂窝网络联合可将覆盖盲区降至0.2%，但仍有10-20%区域信号强度低于-100 dBm临界值。

4.2 时延性能突破

卫星单连接中位时延90.8 ms虽高于蜂窝网络(28.9-44.8 ms)，但抖动更小。TN-NTN多连接将99%分位时延降至118 ms，较最优单连接提升45%，且实现零服务中断，完美满足UC3/UC4等应急场景的100 ms严苛要求。

4.3 吞吐量优化

在100 Mbps目标带宽测试中，TN-NTN多连接使下行吞吐量可用性达99.5%，但受卫星上行限制(中位21.8 Mbps)，仅能实现95.6%的上行可用性。值得注意的是，蜂窝多连接(MC-Cellular)可将上行吞吐量提升至68.3 Mbps，为解决UC7等视频监控需求提供了新思路。

这项研究的重要意义在于：首次通过实证数据证实，TN-NTN多连接能同时满足农村物联网三大核心需求——高可靠性(>98%可用性)、低延迟(<100 ms)和适度带宽(>20 Mbps)。特别是为精准农业(UC1)、数字孪生(UC2)等9类典型应用提供了可行性方案，其中7类应用的时延要求和6类应用的下行需求可被完全满足。尽管上行性能仍是卫星技术的瓶颈，但研究提出的动态资源分配和智能数据包复制策略，为未来天地一体化网络优化指明了方向。该成果不仅适用于北欧农村场景，其方法论对全球类似地区的网络部署具有普适参考价值，将加速联合国"连接未连接者"可持续发展目标的实现。