面向陆海空天融合连接的连通异构全介质集成网络（CHAIN

大家读完觉得有帮助记得关注和点赞摘要——下一代连接依赖于数据在单一端到端路径中穿越多种物理介质然而光纤、自由空间光学与无线电无线、非地面网络以及水下通信等领域的研究基本各自为政、相互隔离。这种碎片化对通信性能、部署和适配产生了更广泛的不利影响因为下一代连接中最具挑战性的开放问题——跨介质信道表征、跨异构延迟体系的传输层协议设计以及跨域编排——都位于各领域之间的边界上只有通过跨域系统将这些挑战汇聚在一起才能解决。天地空一体化网络研究已开始从分析层面处理三个域其近期向海面的扩展代表了迄今为止提出的最宏大的多域框架但两者均未产生实验结果、已部署系统或标准参与。地下与海事域在两者中均缺失。本文提出连通异构全介质集成网络CHAIN该框架将海底、海事、陆地、空中和太空域视为单一设计空间。我们确定全光网络骨干网为统一的物理基础设施人工智能AI驱动的编排为跨域控制层并将域之间的接合处作为统一化挑战。我们综述了所有领域及现有跨域文献的最新进展开发了CHAIN框架及其技术支柱刻画了该领域必须解决的五个核心开放问题并制定了从近期测量活动和测试平台验证经跨介质现场试验到全球规模部署的研究路线图。I. 引言全球连接需求日益要求数据在单一端到端路径中穿越多种物理介质。气候监测、灾害响应协调、海上能源基础设施、精准农业和全球物流等关键服务都依赖于跨越海底、海事、陆地、空中和太空域的通信链路且往往处于任何单一传输技术都无法满足的延迟、容量和可靠性约束之内。设想未来海上风电场的运营结构传感器数据通过水下光无线通信UOWC链路和海底光纤交换至岸上变电站LiFi在机舱和变电站内部提供高带宽状态监测与控制链路且不会在设备密集的封闭空间中产生射频RF干扰日常巡检由无人机通过自由空间光学FSO和/或RF链路中继高带宽图像卫星回传覆盖超出传统无线覆盖范围的区域电网集成数据通过陆地光纤流向国家网络如图1所示。这种规模的风电场已在全球范围内运营恰恰面临这样的连接问题而目前尚不存在统一的网络架构来解决它。图1现代场景示例需要在接口之间无缝运行的多介质传输。各组成技术均已取得长足进步但基本处于各自为政的社群中跨域对话有限。光纤容量在实验室条件下已达到拍比特每秒量级最近NICT与住友电工使用19芯多芯光纤在1,808公里上记录了1.02 Pb/s的传输[1, 2]而已部署的跨洋系统通过相干检测和数字信号处理改进持续扩展[3-6]。卫星连接发展迅速第三代合作伙伴计划3GPP第17版引入了低地球轨道LEO和对地静止地球轨道GEO卫星的首批规范性规范并在5G新空口NR和物联网IoT非地面网络NTN空中接口中隐含支持高空平台系统HAPS第18版将其扩展至Ka频段运营和改进的移动性管理[7]第19版增加了再生载荷功能[8]。该标准化工作的范围止于地面-太空接口并未涉及与光学或水下域的互操作性。FSO和RF无线链路已在广泛的传播环境中得到表征混合RF/FSO架构作为在各种大气条件下保持链路可用性的手段已相当成熟[9]。水下光学和声学通信在主流广泛电信文献中较少可见但已在海洋科学和海上能源应用中取得长足进步光学链路在清水中演示的数据速率接近短距离地面无线[10]。与此同时海事链路面临加剧的大气挑战以及极端的指向、捕获和跟踪PAT要求其实际演示主要限于国防领域[11]。LiFi也取得了实质性进展实验室演示报告了Gb/s量级的数据速率理论研究有望实现Tb/s量级的聚合速率[12]而IEEE 802.11bb标准代表了其商业化的关键里程碑。跨域集成已引起越来越多的关注主要集中在双域配对。卫星-地面网络集成已在5G和早期6G社群中广泛研究涉及切换协议、干扰管理和混合RF架构[13]。中继辅助RF/FSO系统已被提出通过大气干扰下的RF回退来扩展FSO覆盖范围[14]。无人机UAV辅助中继架构已被研究用于覆盖扩展和快速应急通信[15]最近有报告涉及结合技术的浅水传感器网络水下-水面链路[16-18]。在每种情况下集成工作通常取两个域而将网络其余部分视为地面或固定。互操作性和标准化差距在路径中的每个域边界上叠加任何跨越两个以上域的系统都会遇到现有标准无法解决的接口问题。将每个域作为同时设计问题是一项不同的工作文献尚未涉及。信号损伤如何在单一端到端路径中跨光学-水下、FSO、RF和光纤段之间的过渡累积仍然是一个开放的建模问题。为广泛同质链路设计的传输层协议在光纤和深声信道之间数量级的延迟差异下尚无既定行为。编排问题——在可用性、容量和故障特征截然不同的介质之间实时路由——尚无适用于两个以上域的解决方案。标准碎片化加剧了上述所有问题3GPP、ITU-R、ITU-T以及碎片化的水下通信标准格局——涵盖北约STANAG 4748、ISO TC43/SC3和IEEE OES——各自处理自己的领域对它们之间的连接没有机制图2学科孤岛不利于交叉融合跨介质研究传统上以成对方式开展RF-FSO、光纤-RF、光纤-FSO然而未来各代系统将需要大量横跨各领域的交叉研究以最大化链路容量和鲁棒性。表 1各类连接域对比连接域典型数据速率已部署典型单向时延作用范围主要标准本域 TRL跨介质集成 TRL集成方面亟待解决的首要问题光纤Optical fibre每光纤对 多 Tb/s~5 μs/km全球ITU-T、IEEE 802.392–3面向无线域与声学域的光子接口自由空间光通信FSO100 Mb/s–10 Gb/sμs–ms数米至约 20 kmITU-R、3GPP、IEEE 802.118–93–4空气–水、空气–光纤界面的跨介质信道建模射频RFkb/s 至峰值约 20 Gb/s5G 毫米波1 ms 至数秒ELF本地至全球3GPP、ITU-R、IEEE 802.1194–5面向 IoT–NTN 的可编程射频接口与跨域协议非地面网络NTN用户终端 25–400 Mb/s每颗 LEO 卫星 80–100 Gb/s20–40 msLEO1 msHAPS全球LEO区域HAPS3GPPRel-17/18、ITU-R8–9LEO4–5HAPS3–4与光回传及海底接入的 NTN 集成光无线通信LiFiOCCkb/s 至峰值约 10 Gb/sms数米至数十米IEEE 802.15.7-2018、IEEE 802.11bb5–62–3面向通信、感知与定位一体化ISAC的集成海事海面kb/s–低 Mb/sVHF卫星微波近距离 FSO 可达 Gb/smsRF微波20–100 msLEOGEO 卫星约 20–50 km视距全球卫星IMO、ITU-R海上移动业务、IALA8–94–5海况多变条件下的海面链路与 NTN 之间的可靠切换水下海面以下kb/s声学可达 10 Gb/sUOWC100 m实验阶段0.67 s/km声学μsUOWC数十 km声学100 mUOWCNATO STANAG 4748、ISO TC43/SC3、IEEE OES7–8声学4–5UOWC2–3真实海况条件下的水面接口网关设计术语对照与说明Connectivity domain​ → 连接域连通域按语境译作连接域Typical one-way latency​ → 典型单向时延不含往返故不译延迟TRL​ → 技术就绪等级Technology Readiness Level1 级最低、9 级最高即已在实际任务中验证或规模化应用Headline integration open problem​ → 集成方面亟待解决的首要问题表内均为跨域集成的开放性问题故不直译标题ELF​ → 极低频Extremely Low FrequencyLEOHAPSGEO​ → 近地轨道高空平台站地球静止轨道NTN​ → 非地面网络Non-Terrestrial Networks含卫星、HAPS 等STANAGIALAIMO​ → 北约标准化协议国际航标协会国际海事组织表中有两处原文笔误已按上下文修正海事行 TRL 写作4.-5应为4–5FSO 时延原文写作μs-ms Metres to应断为μs–ms / 数米至约 20 km。本文主张将海底、海事、陆地、空中和太空域视为单一集成设计空间并制定了实现这一愿景所需的研究议程该愿景与英国网络之网络国家中心TITAN共享。实现这一愿景需要研究社群之间的交叉融合这些社群并行发展已久以至于不再共享词汇、信道模型或协议假设更不用说标准。我们提出全光网络骨干网作为统一的物理基础设施以AI驱动的编排作为跨介质控制层。我们还确定了每个技术支柱中该领域必须解决的开放挑战以使这一目标可行。第2节对所有五个域及现有跨域集成文献进行了结构化综述从中详细证实了上述结构性差距。第3节开发了融合框架及其技术支柱。第4节制定了从近期测试平台验证经跨介质现场试验到全球规模部署的研究路线图。政策环境恰好有利于这类工作。聚焦英国《数字与技术部门计划》承诺投入2.4亿英镑用于先进连接技术将非地面网络和AI集成列为明确的研究优先事项[19]。同一框架内已建立英日产业战略伙伴关系为跨介质集成所需的协调国际研究创造了双边条件[20]。II. 孤立构建六个域共同可构成异构多介质网络每个域都已发展出自己的成熟研究社群、标准基础设施和性能轨迹。以下并非对每个领域的全面综述——那本身需要一篇独立论文——而是足以确定每个领域所处位置、发展方向以及为何每个域的轨迹不会自然通向跨介质集成的特征描述。跨域比较总结于表1。A. 光纤与光子学光纤网络构成通信基础设施的骨干并继续实现传输容量的最高绝对增长。已部署的跨洋系统每对光纤运行在multi-Tb/s量级由 successive generations of coherent detection、先进调制格式和数字信号处理DSP改进驱动使传统单模光纤的香农极限触手可及[21]。实验室演示更进一步在短距离单根光纤中演示了22.9 Pb/s展示了通过空分复用可获得的容量[22]。更接近部署现实的是NICT和UCL使用SMF在 legacy 39公里城域链路上演示了超宽带450 Tb/s[23]覆盖多个光纤传输表明标准商业光纤设施中剩余的余量仍然可观。光纤社群的发展方向是能效与原始容量并重。全光网络概念通过NTT的创新光学与无线网络IOWN计划开发并得到NICT Beyond 5G研究计划支持提出在中间网络节点消除光-电转换保持从源到目的地的端到端单波长路径。IOWN 1.0即全光网络APN已在日本商业部署。目标是与传统分组交换基础设施相比功耗降低100倍、带宽增加125倍、端到端延迟降低200倍[24]。标准化正通过IOWN全球论坛推进该论坛目前拥有超过150个成员组织包括主要超大规模企业和网络设备供应商。光纤研究社群较少涉及的是光子域与异构网络所需连接的其他介质之间的接口。多介质路径中涉及RF、声学或FSO段的每个链路都会引入APN概念旨在消除的光-电转换如图3所示。设计在这些转换处及跨越转换处保持APN优势的光子接口仍然是一个开放问题而光纤与光子学社群缺乏单独解决这一问题的制度激励。开放挑战多域切换的光子接口设计同时不牺牲APN的能效和延迟增益。图3光子线程全光集成作为支持其他介质的骨干。最小化EO和OE转换是降低网络功耗的关键。B. 自由空间光学与地面无线FSO通信在过去十年中已相当成熟由两个基本独立的应用领域驱动i地面最后一英里和楼宇间链路以及ii卫星和深空系统的星地光学通信后者将在第2.4节与更广泛的NTN格局一并讨论。商用解决方案可在长达20公里的视距距离上提供高达20 Gbps的全双工连接。借自光纤域的相干WDM技术已改变了地面FSO在公里尺度上所能实现的能力。使用1.1 THz宽WDM信号和标准相干收发器在跨越埃因霍温市的4.6公里现场部署链路上演示了5.7 Tb/s的现场试验[25]。较早的现场试验在1.8公里上通过湍流缓解和前向纠错FEC优化实现了4 Tb/s[26]。这些数据速率正接近短途光纤链路的容量这改变了关于FSO在异构网络中定位的讨论——从利基最后一英里技术转变为可信的高容量无线段。实际约束是可用性。同一4.6公里埃因霍温链路在包括慢衰落事件的12天测量期内显示90%可用性排除慢衰落时升至99%[27]。高速率和商用FSO倾向于使用最初为光纤开发的红外技术利用高技术成熟度。FSO研究还扩展到其他波长例如接近500 nm以瞄准UOWC的低损耗窗口或低于280 nm用于日盲操作。FSO的根本挑战始终是大气损伤雾、雨、湍流、光束漂移和光束发散会显著降低链路可用性尤其是在较长地面距离上。混合RF/FSO架构已成为标准的拟议缓解措施当光路退化时将业务切换到RF链路[14]。这代表了该领域最发达的跨技术集成工作但它是两个密切相关的自由空间域的集成而非跨越更广泛介质边界的集成。大多数FSO研究关注光链路性能而非FSO、光纤和水下通信系统作为完整融合网络一部分的接口。在5G NR标准内sub-6 GHz部署在实际条件下实现100 Mb/s至1 Gb/s的典型吞吐量而mmWave部署在视距条件下每小区达到4-10 Gb/s符合IMT-2020的系统理论峰值为20 Gb/s[28]。研究社群现在聚焦6G其中sub-太赫兹和太赫兹频谱正在积极研究以实现短距离超过数十Gb/s的接入层吞吐量[29-32]。从测量角度看THz研究为CHAIN提供了有用的先例高频可信系统设计依赖于场景特定的传播测量和信道模型现有工作已将测量方法和模型验证确定为核心研究需求[33]。FSO和地面无线社群均未开发出考虑来自UOWC链路或卫星NTN段信号的信道模型或协议设计海事链路的情况更糟。大多数混合FSO/RF工作中嵌入的假设是链路两端均为地面或自由空间。开放挑战跨空气-水和空气-光纤接口的FSO信道建模与链路预算设计其中介质过渡引入的损伤统计未被现有自由空间和水下信道模型完全捕获。C. 短距离OWC与LiFi短距离OWC生态系统包括可见光通信VLC、LiFi和光学相机通信OCC。短距离OWC系统在过去二十年中显著进步主要由高速半导体光源的可用性和极端网络致密化的需求驱动。LiFi涵盖可见光和红外链路最好视为OWC的网络化实现提供双向连接和多用户接入。光传输的封闭性和小足迹使得积极的空间复用和面积容量增加超越RF所能达到的水平将LiFi定位为WiFi和蜂窝网络的补充技术以卸载业务同时在RF覆盖或使用受限的环境中也有潜力作为独立技术[12]。早期LiFi演示主要基于可见光发光二极管LED但最近已转向窄光束红外激光器包括垂直腔面发射激光器VCSEL提供数十GHz的调制带宽、高功率转换效率和更窄的光束以实现更高方向性。然而这种高方向性意味着对准是个问题即使适度的用户移动、设备旋转或手/身体遮挡也可能完全中断链路。这需要能够实时跟踪用户或设备的动态波束转向和跟踪机制。衍射光学、可转向激光阵列和可重构光子波束成形器已被提出作为保持对准的手段尽管每种都在转向范围、切换速度和系统复杂度之间引入自己的权衡。实验演示使用波长控制的衍射波束转向在3米上实现了每波束42.8 Gb/s而基于阵列波导光栅路由器AWGR的架构演示了每波束112 Gb/s预计80个波束的聚合吞吐量为8.9 Tb/s[34, 35]。硅光子波束转向也在1.4米上演示了12.5 Gb/s无差错传输突显了紧凑集成实现的潜力[36]。精密波束转向架构的复杂性、成本和可扩展性仍然是大规模室内部署的重大障碍。最近由可重构智能表面RIS驱动的可编程无线环境概念[37, 38]已被提出作为对准问题的补充性、主要理论性的方法不是仅依赖发射端波束转向嵌入墙壁或天花板的光学RIS元件原则上可以被动重定向和重塑光路以在直接路径被阻挡或失准时维持或恢复链路。这一想法将部分对准负担从终端设备转移到环境本身并已在概念上被提出作为将窄波束LiFi的高频谱效率与可部署室内网络预期鲁棒性相结合的途径尽管此规模的光学RIS实验验证仍然有限。LiFi的标准化地位近年来随着IEEE 802.11bb的发布而实质性改变这是光通信的首个全球标准定义了LiFi物理层和MAC层旨在与既有的IEEE 802.11 Wi-Fi系列并行运行允许LiFi接入点集成到现有企业无线基础设施中而无需并行网络。这标志着LiFi市场的重要里程碑将技术从专有点解决方案推向可互操作的、供应商中立的部署路径。目前该标准为商业部署定义了可行且可互操作的基线但目前没有明确路径将驱动LiFi性能上限的先进DSP技术纳入标准的未来修订。审视LiFi市场商业产品已相当进步。pureLiFi于2016年推出的首款商用LiFi灯具提供42 Mb/s下行和上行服务多达八个同时用户。十年后pureLiFi在MWC 2026上推出的当前高带宽架构提供每链路10 Gb/s的低延迟LiFi连接[39]。OCC使用图像传感器而非光电二极管作为接收器[40]因此提供通信、传感能力和定位的独特组合[41]这在跨域边界可能特别有价值包括车对车V2V通信、海事导航、UAV协调和水下-水面网关系统[42]。最近OCC的实现通过深度学习显著改进[43]而配备micro-LED的高速相机已达到Mb/s量级的数据速率[44]。虽然该技术主要在室内应用中成熟其在异构多域网络中的作用仍基本未被探索代表了CHAIN未来研究的重要方向。开放挑战与本文综述的其他领域一样短距离OWC/LiFi/OCC研究的发展与相邻光子域的接触极少而原则上它应最自然地与之集成。D. RF通信RF值得单独处理因为它是本文考虑的唯一跨越所有五个域——海底、陆地、海事、空中和太空——而非基本局限于单一介质的通信介质。地面蜂窝和Wi-Fi都是RF而当前NTN卫星下行链路主要依赖RF链路工作在L、S、Ka和Ku频段。水下RF通信限于极低频能够穿透海水的长波长需要非常大的天线支持的数据速率限于数十比特每秒几乎仅用于与潜艇的单向通信[10, 45]。RF还在大多数实际水下-水面中继系统中提供桥梁其中声学调制解调器将信号浮出水面然后继续作为RF传输。这种跨域存在使RF成为异构多介质网络中光纤网络边缘集成层的最自然候选。困难在于RF的特性在这些部署中变化如此之大除了基本调制格式外几乎没有共同之处。5G mmWave链路的亚毫秒延迟和深海极低频传输的多秒传播延迟是同一物理现象在宽参数空间的两端使得统一协议设计具有挑战性。各种形式的RF通信受益于本文考虑的各域中最成熟的标准生态系统涵盖3GPP5G NR和NTN、ITU-R所有频段的频谱协调以及IEEE 802.11局域网应用。这种成熟本身也是隔离问题的一部分。标准基础设施深度优化用于RF与RF之间的互操作性几乎没有机制来定义与基于根本不同物理原理运行的域的接口。RF边界的另一个机会是使传播环境本身可重构。RIS和电子控制波束成形前端可以在不引入传统有源中继的情况下引导或重塑RF传播实际测试平台已演示了可编程sub-6 GHz反射和校准的大阵列mmWave波束成形[46, 47]。在CHAIN中这些技术最好视为地面、海事和NTN接合处的可编程接口元件而非独立域。一个设施级研究问题是这种可控RF接口如何与FSO、光纤和水下链路联合测量和编排包括它们是否能在跨介质切换期间提高韧性并为信道表征创造可重复的边界条件。开放挑战RF协议和接口设计在共同的跨介质寻址和编排框架内从IoT级低速率链路延伸到宽带NTN回传。E. 非地面网络NTN研究在过去五年中快速发展由LEO巨型星座的部署和3GPP的标准化努力驱动。商业LEO星座现在在商业计划上提供高达350 Mb/s的连接延迟在25至70 ms之间[48, 49]。即将到来的卫星世代目标吞吐量超过1 Tb/s[50]。光学星间链路现已成为LEO回传架构的核心部分由尺寸、重量和功率SWaP优势驱动这些优势从根本上源于与RF相比更小的波长和因此改善的衍射极限。例如Starlink在2024年初运营超过9,000条空间激光器每天传输约42 PB数据[51]这一发展使NTN域日益接近光子学并与第3节开发的全光骨干网论点相关。在NTN频谱的另一端工作在20-25公里高度的HAPS提供低于1 ms的传播延迟地面覆盖足迹半径可达数百公里尽管商业部署仍处于早期阶段[52, 53]。HAPS部署也可以快速进行且机载系统可以定期升级与卫星不同。3GPP第17和18版建立了卫星和HAPS集成到5G NR的规范框架如第1节所述。第19和20版工作计划将此扩展到GNSS弹性运行、增强的星间切换和IoT-NTN第四阶段能力[54]深化了地面-太空段内的标准化但未将其范围扩展到相邻域。范围边界是关键限制。与海底系统、全光回传和声学域的集成未出现在3GPP工作计划中。整个过程中的隐含假设是地面段连接到传统地面或海事网络。开放挑战NTN与全光回传和海底接入域的集成包括跨卫星-水面-海底边界的切换协议设计。F. 水下与海事通信海事通信解决在覆盖地球表面71%的海洋上提供可靠连接的挑战连接船舶和平台其偏远性往往使无线通信成为唯一可行的连接解决方案。点对点、海面以上海事OWC与点对点FSO域有许多共同之处尽管由于大气效应雾、湿度、湍流以及由于海浪引起的随机船舶运动导致的指向和跟踪问题挑战普遍加剧。这些挑战使混合RF/FSO解决方案在不利条件下保持正常运行时间特别有吸引力。虽然蓝水海事通信大量使用NTN连接但船对船和船对岸通信对港口或编队中的船舶尤其相关。在这些情况下FSO可以将岸上享有的数据速率扩展到港口船舶进一步实现水面和水下船舶的自动化甚至在定位中发挥重要作用。与其他点对点链路相似但不同的挑战空间以及对TN和NTN连接的需求是海事连接异构性质的明确指标当考虑水面船舶经常作为水下通信到海底船舶的中继时这一点进一步加强。海事通信尤其值得注意的是完全缺乏特定的FSO标准尽管海洋标准化历史悠久且存在相关标准如[55]耐波性和[56]导航与RF通信。水下通信是文献中五个域中最不显眼的其当前能力与异构多介质网络所需之间的差距最大。声学通信是历史上主导的部署技术适用于超过几十米的距离。声波在海水中的传播速度约为1,500 m/s产生约0.67 s/km的单向传播延迟数据速率从长距离的几kb/s到中等距离的数十kb/s[57]。水下声信道的带宽-距离积比本文任何其他介质低几个数量级。UOWC解决了带宽限制但以距离为代价。实验上使用激光二极管在沿海水域28-38米距离上演示了10 Gb/s的数据速率[58]。基于LED的实时系统在池实验中达到135 Mb/s[59]。这些数字正接近短距离地面无线系统的数据速率但距离仅为其一小部分。仿真研究预测空间分集辅助的UOWC可以在清澈海水中将Gb/s级链路扩展到超过1,000米的距离[60]。然而实验室演示与实际部署之间仍存在巨大差距水浊度、吸收、散射、随机温度变化和环境可变性会降低链路性能。因此UOWC今天的实际运行范围是平台之间安全、短距离、高速率的通信声学调制解调器处理更长距离、更低速率的链路。在单一连贯系统内桥接这两个体系然后将该系统连接到水面网关并 onward 到NTN或地面基础设施仍然是一个没有部署解决方案的开放工程问题。水下通信标准分散在多个机构中没有3GPP那样的协调权威。北约的JANUS标准STANAG 4748提供了水下声学信令的首个国际标准作为通用唤醒和协调协议但未定义完整的网络栈[61]。ISO TC43/SC3涵盖水下声学。电气与电子工程师协会IEEE海洋工程学会OES维护单独的标准活动。这些机构都没有机制来定义集成多介质网络在水面接口所需的与RF、FSO或光纤域的互操作性。跨介质挑战在这里最为严峻因为海底域与其他域不仅通过协议不兼容分离还通过物理边界分离。空气-水接口在通信频率上将RF信号衰减到几厘米的穿透深度使得在实际数据速率下直接RF到水下无线链路不可能。由于表面的折射和反射且受波浪随机扰动维持穿过水面的可靠OWC链路也非常具有挑战性。每条包含水下段的现实多介质路径必须在表面或接近表面通过声-光或声-RF转换而在真实海况条件下设计这些转换以及对端到端路径性能的延迟和可靠性影响几乎未得到系统研究。开放挑战在现实海况条件下跨越声学、光学和RF域的水面接口网关设计以及包含水下段的路径的端到端延迟和可靠性模型。G. 跨域集成及其局限跨域集成已引起越来越多的研究关注主要集中在双域配对。卫星-地面网络集成已在5G和早期6G社群中广泛研究涉及切换协议、干扰管理和混合RF架构[62]。中继辅助混合FSO-RF系统已被提出通过大气干扰下的RF备份扩展光学无线覆盖[14]UAV辅助中继架构已被研究用于覆盖扩展和应急通信[15]。在每种情况下集成工作取两个域而将网络其余部分视为地面或固定。还有大量关于RF over FSO传输的研究[63-67]。同时处理两个以上域的最发达尝试是天地空一体化网络SAGIN它提出卫星、空中和地面段作为统一架构。基础性SAGIN综述[68]首次将三个段一起处理而非孤立地处理天-地或空-地配对。若干后续综述和架构提案已将框架扩展到6G背景采用基于机器学习的资源分配[69, 70]。SAGIN背后的研究努力远低于其任何组成双域配对的文献量。仅卫星-地面的工作量就超过整个SAGIN文献而SAGIN内的工作主要由分析和仿真研究主导使用随机几何的覆盖概率推导、通过蒙特卡洛仿真评估的资源分配算法以及针对模拟场景验证的架构提案。据作者所知开放文献中尚未报道同时跨越所有三个SAGIN域的空中现场试验。SAGIN已产生有用的理论基础但实验和标准工作尚未跟进。最新的扩展天地空海一体化网络SAGSIN纳入水面海事站、系留气球和HAPS中继以推导开阔海面用户的覆盖概率[71]。结果表明添加海事中继可改善远离海岸线用户的覆盖这是地面和卫星系统单独无法可靠服务的。地下域未出现在框架中。该架构全程以RF为中心没有光子骨干网和AI编排层最新的SAGSIN工作承认海面光学和水下声学链路面临现有框架无法解决的带宽和功率约束[72]。SAGIN和SAGSIN表明该领域正朝着多域集成发展并已开始构建分析工具。问题在于轨迹尚未产生全面的实验平台、多域通信系统或跨域标准努力。第3节提出的CHAIN框架将其扩展到五个域增加全光网络骨干网作为统一物理基础设施并引入AI驱动的编排作为跨域控制层。实现CHAIN将首次在全球范围内实现现实世界和可重复的测试平台接口测试。在SAGIN巩固之前发展这一点很重要因为框架早期做出的架构决策往往会延续到后续世代的工作中使其逐渐更难修订。H. 跨域差距上述2A-2G节的模式是一致的每个域的内部研究成熟双域配对已产生大量分析结果和部分实验结果SAGIN和SAGSIN已将雄心扩展到三个和四个域但尚未缩小到部署系统的差距。在所有这些工作中仍未解决的是同时统一处理所有域包括地下域并具有光子骨干网和跨域编排层。缩小这一差距从信道表征开始。多域路径中的信号损伤不会从各段隔离损伤中加性组合。多域传播引入了现有信道模型未捕获且需要测量的效应。统计量如何在空气-水接口、光- RF转换边界和光纤-FSO接合处在单一端到端路径中演变文献尚未涉及。这些模型不能通过组合域内模型来推导它们是任何有原则的CHAIN系统设计的先决条件。在物理层之上传输协议成为限制因素。跨越光纤、5G无线、LEO卫星跳和水下声学段的路径在单一连接内遇到几个数量级的延迟变化。为地面网络设计的协议大概能处理一个数量级。为此范围适配或替换它们是一个研究问题SAGIN和双域文献尚未涉及因为每个都隐含假设路径其余部分在其他地方处理。编排是最难缩小的差距因为它依赖于其他两个。在可用性、容量和故障特征不同的各个域之间实时路由需要控制平面对所有五个域的物理层条件同时具有感知包括水下光学清晰度和海况。SAGIN和SAGSIN已提出多域编排的架构框架但没有信道模型来告知路由决策或协议来实施它们这些框架没有操作基础。标准碎片化加剧了所有三个问题。3GPP、ITU-R、ITU-T、北约STANAG 4748、ISO TC43/SC3和IEEE OES各自治理自己的领域对它们之间的边界没有协调机制。在共享参考架构在这些域特定标准之上提供共同抽象之前跨越域边界的部署将继续需要在每个接合处进行定制集成。第3节介绍的CHAIN框架提出了该架构。III. 为融合而设计A. 统一设计空间CHAIN框架第2节的综述指向一致的模式。每个域在自己的边界内优化双域集成产生了有用但有界的结果SAGIN已开始从分析层面处理三个域但未达到实现概念所需的实验或标准工作。最新的SAGSIN扩展增加了海洋表面但未涉及地下且两者均未将光子骨干网或AI编排层作为架构元素。本文提出将海底、海事、陆地、空中和太空域视为单一集成设计空间。我们将其命名为CHAIN框架连通异构全介质集成网络。该框架从一开始就将五个域视为单一设计空间将域之间的接合处作为一等工程问题而非集成事后考虑。这一框架引出三个问题。什么提供使五个域可互操作的物理基础设施层网络如何在特征截然不同的域之间实时做出路由、切换和资源分配决策以及这种设计空间与五个独立优化的系统相比提供什么具体优势以下小节开始逐一解决。B. 全光网络骨干网最适合CHAIN框架的物理基础设施候选是通过NTT的IOWN计划开发的APN。APN用端到端光子处理取代中间网络节点的传统光-电-光转换在路径允许的情况下保持信号在光域中从源到目的地。APN IOWN 1.0服务于2023年3月通过NTT在日本商业推出目标是在商业运营中相对于传统分组交换网络实现高达200倍的端到端延迟降低[24]。更广泛的IOWN路线图目标是通过到2030年的 successive generations 实现功率效率100倍改进、传输容量125倍增加和200倍延迟降低。对于CHAIN框架APN的相关性超越了其容量和效率目标。光纤、地面FSO链路和星间光学链路已形成从地面网络穿过大气层到低地球轨道的物理连续光路。原则上APN允许该路径全程保持在光域IOWN全球论坛标准化支持各段之间的互操作性。NTT于2024年8月通过中华电信演示了东京与台湾之间2,893公里的APN连接表明该架构在跨洋距离上可行[73]。展望更远NTT更广泛的6G-IOWN“极端覆盖扩展”基础设施计划明确整合大容量水下声学通信。与IOWN 3.0时间线目标2029年125倍容量扩展并行运行这一向海事域的扩展表明光子骨干网概念已在朝着CHAIN框架所需的方向发展。APN的极限正是CHAIN集成挑战最具体的地方。UOWC链路与地面FSO系统工作在可比波长但空气-水接口引入的吸收和散射阻止直接光子路径继续到表面以下。RF链路主导NTN接入和大部分地面无线层在与光子骨干网的每个接口处需要光-电转换。因此APN为CHAIN的光纤、FSO和光学卫星段提供统一基础设施而海底和RF段需要接口设计在转换边界处尽可能保持APN的效率优势。mmWave信号的光子生成和光纤分布提供了一条跨越光-RF边界的既定路线。先前的radio-over-fibre演示表明高频RF波形可以在光域中生成、通过光纤分布并恢复用于无线传输[74]。CHAIN特定的挑战是量化这种接口在嵌入多介质路径而非视为独立接入链路时的能量、延迟、动态范围和信号保真度损失。C. AI驱动的编排APN骨干网解决物理基础设施问题。网络如何在延迟、可用性和容量特征截然不同的五个域之间做出决策需要一个在域特定标准之上运行的控制层。在CHAIN中这一功能分配给实现意图驱动网络原则的AI驱动编排层网络被赋予运营目标如最小端到端延迟、最大可靠性或能效并确定在给定时刻可用的任何域组合中满足这些目标所需的路由和资源分配[75]。跨域网络状态的数字孪生表示为编排层提供所需的实时感知输入。每个域的物理条件——水下光学清晰度、FSO链路上的大气湍流、卫星轨道几何和可用带宽、地面网络负载等——被持续建模并输入路由决策。数字孪生已在地面网络管理中确立并正在NTN系统中积极开发[76, 77]。开放问题是同时跨越所有五个域的数字孪生架构以及跨域实时路由所施加的延迟和同步要求。CHAIN特有的进一步约束是水下节点在严重带宽限制下运行无法参与集中式AI训练。联邦学习已被提议用于SAGSIN应用以解决这一约束[78]它将模型训练分布到网络边缘在每个域用可用数据训练本地模型并在跨域编排器处聚合无需从带宽受限的地下节点传输原始数据。联邦学习在声学域的间歇连接和极端延迟不对称下表现如何是一个开放研究问题。编排层在此框架中有意保持轻薄。其功能是协调而非计算在各自继续处理自己物理层优化的域特定管理系统之间选择路径和分配资源。这保留了每个域现有标准基础设施的工程成熟度同时提供目前不存在的跨域决策层。D. 融合优势将五个域视为一个设计空间的理由基于五个主张集成a提高韧性b扩展覆盖c提高效率d实现跨工作负载的性能优化。双域集成文献为每个主张提供部分支持。对于五域情况这些仍是假设由物理推理和与两域及三域结果的类比支持第4节的研究议程部分由测试它们的需要定义。韧性混合FSO-RF系统提供了最清晰的双域先例。当大气条件降低光链路质量时业务可以切换到RF链路提高整体链路可用性。由于两种技术受大气条件影响不同将它们结合显著提高链路可用性达到99.999%而孤立技术方法中任一链路单独都无法保证服务[79]。上文提到的现场部署4.6公里埃因霍温FSO链路在RF回退下运行的可用性研究报告在包括慢衰落事件的12天内可用性为90%排除慢衰落时升至99%[27]。在卫星-地面域集成NTN架构有潜力在连接不可用时扩展覆盖并服务未连接用户并在基础设施故障和灾害场景中提供替代通信路径当地面基站不可用时通过LEO卫星路由业务在原本会使客户得不到服务的中断场景中保持服务连续性[2]。具有海底声学、地面、空中和太空链路全部可供编排层使用的CHAIN网络比任何双域组合具有更多路径分集在任何单域故障下维持连接的概率更高。量化技术组合的增益需要第2.7节确定的跨域路径模型目前尚无法精确做出。覆盖SAGIN文献已分析性地确立结合卫星、空中和地面段可将覆盖扩展到任何单段无法独立服务的区域[68, 69]。SAGSIN扩展表明将海事水面中继纳入SAGIN架构为远离海岸线的用户提供非平凡的覆盖增益远超地面网络或标准卫星地面段的覆盖范围[71]。CHAIN框架将此扩展到地下域水下光学和声学链路到达SAGSIN任何域都无法进入的环境它们的集成是覆盖包括海洋体积而不仅是其表面的必要步骤。效率如前所述IOWN路线图目标是通过到2030年的IOWN计划端到端光子处理相对于传统基础设施实现100倍功率效率改进[80]。IOWN 1.0的商业部署已在实时运营中展示了1/200延迟降低目标在第一代确认了架构的核心能效论点。在FSO-RF混合文献中高容量光主链路的可用性意味着较低容量的RF回退仅在退化条件下承载业务相对于纯RF系统降低每比特平均能量成本[14]。对于CHAIN网络共享编排基础设施和通用接口标准将避免目前每次多域部署伴随的重复工程努力尽管这种协调的定量增益尚未建模。性能优化三介质混合FSO/RF/THz中继系统分析性证明跨三种介质的自适应组合方案比任何单一介质实现更好的中断概率和吞吐量[81]。性能增益随可用介质多样性扩展因为不同介质具有互补的损伤统计大气吸收降低FSO链路但不影响声学链路多普勒扩展降低声学链路但不影响光纤。在CHAIN网络中编排层可以将工作负载分配给最合适的介质——低延迟业务分配给最低延迟可用路径任务关键传感器数据分配给高可靠性路径海上平台批量传输分配给高吞吐量卫星链路。这种工作负载到介质的匹配只有在所有五个域可供共同调度器使用时才可能其在五域规模上相对于域特定调度的性能优势尚未证明。E. 跨介质物理层实现CHAIN框架依赖于尚不存在的跨域路径信道模型和链路预算工具。在单个域内信道表征已确立模型描述光纤、FSO水平和垂直链路、地面和海事RF、光/声水下通信的主要传播损伤[9, 10, 71, 82, 83]。问题在于这些模型定义在域内不描述信号统计如何在它们之间的过渡处演变。在空气-水接口来自FSO或RF链路的信号遇到介质边界折射率、吸收和散射特性不连续变化。包含水下光学段、水面中继和到HAPS或卫星的FSO段的路径的复合统计尚无公开表征。同样跨越光纤、地面FSO和星间光学链路的路径的端到端性能无法通过组合单个域模型来预测因为域边界处损伤的相关结构未知。这不仅仅是建模不便。CHAIN网络路径的链路预算设计需要端到端噪声和衰落表征来设置功率水平、调制阶数和纠错参数。没有跨域信道模型这些设计决策无法在有原则的基础上做出CHAIN框架在概念上完整但在实践上不可实现。通过在实际条件下域接口处的测量和信道探测活动开发这些模型是研究议程的物理层优先事项。同样重要的是创建开放、精心策划的参考数据集捕获跨域传播特性。这些数据集将为模型验证提供基准数据支持可重复研究支持AI驱动编排算法的开发并作为学术界和工业界的共享资源与即将到来的OWC设施目标一致。对于该测量计划的RF部分设施应支持校准的sub-6 GHz和mmWave信道探测具有可配置波束成形和可编程表面状态[46, 47]同时保留随着仪器成熟向sub-THz/THz测量的路径[33]。因此跨域数据集不仅应记录环境条件还应记录波束状态、RIS配置和校准元数据允许物理层测量可重现并被数字孪生和编排层消费。F. 标准与互操作性CHAIN框架需要在目前分别治理每种介质的域特定标准之上的一组共同抽象标准差距已在上文讨论。在五个域特定标准之上构建共享参考架构比以前的互操作性努力更难因为这些域不仅在协议上不同而且在节点移动性、往返时间和链路可靠性的基本物理假设上不同。在地面蜂窝和LEO卫星之间工作的切换协议假设两个端点可以在一两秒内交换一系列消息。在该切换中添加水下声学段使一个端点在传播时间上就相距数秒这在参数调整无法修补的水平上破坏了协议。IOWN全球论坛标准化工作的范围即使有正式的ITU合作也远未达到CHAIN所需的声学和RF域。在存在能够同时定义所有五个域接口原语的机构之前CHAIN部署将需要在每个域边界进行定制集成。将IOWN模型扩展到包括水下域和RF接入层并提供CHAIN编排层运行所需的寻址和切换原语是补充物理层和协议研究所需的标准工作。异构信任域的安全加剧了标准挑战。五个域各自在不同的威胁模型下运行光纤的物理电缆窃听、FSO的大气窃听、RF和卫星的干扰与欺骗、海事窃听以及水下系统的声学侧信道攻击。CHAIN网络必须在其组成标准未设计跨越的信任域边界上保持端到端安全保证。GCOT 6G安全和韧性原则为太空和地面段提供了起点[84]但其向海底域的扩展需要新工作。G. 核心开放问题上述各节指向一组跨越域边界的问题。最根本的是跨域过渡的信道表征。在每个域内信道模型成熟且经过实验验证Gamma-Gamma和广义Gamma分布描述水面上下光学湍流闪烁Thorp公式及其后继描述声学衰减随频率和距离的变化完善的路径损耗模型覆盖RF段。不存在的是对信号统计如何在单一端到端路径中跨这些域之间过渡演变的处理。空气-水接口是这一差距最尖锐的地方。从空气穿越到水中的光信号遇到波浪引起的光束漂移其统计取决于海况由北海联合波浪项目JONSWAP谱描述[85]其耦合到接收强度分布既未被上述大气湍流模型也未被下方的吸收-散射-湍流乘积模型捕获。最近提出的蒙特卡洛射线追踪方法建模水-气信道纳入海面统计和无人机UAV平台不稳定性[86]但这仍是两段处理。一个复合模型从水下源通过表面接口、跨大气段到HAPS或卫星、然后通过星间光学链路到光纤端点传播信号统计考虑每个边界处损伤之间的相关性尚不存在也无法通过组合域内模型构建。没有这些模型协议问题无法正确框定。传输协议假设路径行为的统计模型即使该模型是隐含的。传输控制协议TCP的拥塞控制从丢包和往返时间推断可用带宽其拥塞窗口在针对数十至数百毫秒往返时间RTT校准的时间尺度上增长和崩溃。快速UDP互联网连接QUIC协议的瓶颈带宽和往返传播时间以及CUBIC算法扩展了可行RTT范围但仍针对往返时间在一个数量级内稳定的路径校准[87]。包含光纤段每公里RTT微秒级、5G跳个位数毫秒、到海上船舶的LEO卫星链路约50-80 ms和10-50公里范围水下声学段单向传播6-33秒RTT为12-67秒的CHAIN路径在单一连接内跨越七个数量级的传播延迟。在声学时间尺度上TCP的重传超时在第一个确认到达之前反复触发将拥塞窗口崩溃到一个段并有效停止传输。QUIC的确认频率机制减轻了卫星链路的这个问题[88]但尚未在声学RTT下评估。设计一个将此范围视为参数而非病理边缘情况的传输层是一个开放问题它依赖于上述测量计划将产生的跨域信道统计。光子接口问题独立于信道建模工作但同样基础。APN骨干网的延迟和能量优势源于保持信号在光域并避免中间节点的光-电/电-光OE/EO转换。光纤传输和星间光学链路使用的波长是1550 nm在近红外C波段。水在几厘米内几乎完全吸收该波长因此CHAIN路径无法在表面以下光学继续除非波长转换到400-530 nm的蓝绿传输窗口那里海水最透明。这种从1550 nm到蓝绿范围再返回的波长转换引入了APN架构目前未解决的额外OE和EO阶段。该阶段的功率和延迟损失发生在海洋环境机械约束和平台运动下的水下或水面安装网关处尚未完全表征且可能位置相关。IOWN计划内正在开发的融合方法针对数据中心互连并假设稳定、受控环境其对室外和地下部署的适配不在当前路线图中[89]。编排问题如第3.3节所讨论在信道模型存在以向数字孪生填充状态信息之前以及在协议设计存在以实施编排层产生的路由决策之前无法妥善解决。跨域情况的额外复杂性在于编排层自身的控制信令必须穿越它试图管理的同一异构路径。从编排器传输到水下声学节点的路由决策与其正在重新路由的数据一样需要6-33秒到达。分层控制架构通过将域内决策委托给本地控制器来减少这个问题但最快变化的域状态FSO链路上的大气湍流相干时间在毫秒量级与最慢可达节点深声学之间的时间尺度失配意味着编排系统必须在相隔六个数量级的时间尺度上运行的进程之间保持连贯状态。没有现有多域编排框架能处理这一范围。标准差距在依赖链中最后因为在上述技术问题产生值得标准化的成果之前无法解决。例如地面蜂窝和声学域之间的切换信令协议需要共同理解在往返信令需要数十秒且节点位置相对于路径中所有其他域变化缓慢的域中什么构成切换条件。3GPP NTN工作中现有的切换协议假设相关状态可以在最多几秒内在切换参与者之间交换。将此扩展到声学域不是调整定时器值的问题它需要为一个具有根本不同动态的域从头重新思考切换模型。IOWN全球论坛的ITU合作为对齐光学段标准提供了起点但水下域超出两个机构的当前范围且不存在CHAIN所需的跨域接口原语的机制。这些是第4节研究议程遵循的依赖关系。IV. 从测试平台到试验的路线图以下研究议程具有自然顺序。信道表征工作必须先于协议工作协议工作必须先于严肃的编排设计。所有三项必须在多域集成试验能够为完整网络运营产生有意义结果之前完成。因此我们将路线图分为近期、中期和长期视角。A. 近期测量边界当务之急是系统测量。上述大多数开放问题仍然开放不是因为它们技术上不可处理而是因为解决它们所需的实验基础设施不存在于正确的形式。五个组成域各自有自己的测试平台基础设施光纤传输测试网络、声-光测试场、海事平台、卫星信道模拟器和地面站、FSO装置。不存在的是所有五个作为单一系统共同运营的设施使跨域边界条件——现实海况下空气-水光学接口的统计、从声学到光学到大气到光纤过渡的路径的复合损伤——以受控和可重复的方式可观测。在这样的设施存在之前上述基础性跨域信道模型将保持未探索和未发表因为验证它们所需的测量无法进行。建立这种共址多域测量能力是本路线图中其他一切的前提。本阶段的具体测量目标是不同海况条件下的空气-水光学接口依据JONSWAP谱表征并对照清水和沿海水体剖面验证双域路径的复合损伤统计最初为声-光和FSO-光纤联合测量而非从单独活动组合以及1300 nm/1550 nm电信波段信号与水下传播所需的400-530 nm蓝绿窗口之间波长转换边界处的光子接口。这些测量直接输入协议和接口设计所需的信道模型。校准的RF接口套件最初覆盖sub-6 GHz和mmWave并可扩展到sub-THz/THz应与这些光学测量并行运行以便产生受控RF/光学切换实验和联合状态数据集[33, 46, 47]。与测量活动并行协议设计工作可以在仿真中使用来自可用单域文献的参数化信道模型作为占位符进行明确目标是产生一旦真实测量可用即可验证的设计。传输层问题范围足够明确——将QUIC的确认频率适配扩展到声学RTT范围并测试双域路径复合延迟方差下的拥塞控制行为——仿真研究可以不等完整跨域信道表征完成就开始。同样跨域编排层的数字孪生架构可以在真实跨域测量数据可用于填充之前针对合成网络状态开发和测试。B. 中期构建接合处随着信道模型验证和协议候选确定中期工作转向集成。起点是双域测试平台演示每个针对一个边界接合处。目标不是孤立演示每个链路——这在双域文献中已基本完成——而是证明域之间的接合处行为如跨域信道模型预测。预测与观察到的接合处行为之间的差异是本阶段的研究输出与演示本身同样重要。这允许跨技术接口的闭环反馈和共同开发同时仍进行需求收集和提炼。下一步是三域集成。本文开篇的海上风电运营背景是这种三域路径在实践中出现的一个例子尽管不是唯一的海洋气候监测、海事搜索协调和海底电缆维护呈现同等的多域连接需求。在这些背景下进行的任何三域试验将对照真​​实运营需求验证集成架构而无需完整五域系统到位。编排层的数字孪生可以在本阶段首次对照真实跨域状态测量进行验证。快速变化的FSO状态与缓慢变化的水下状态之间的时间尺度失配作为开放编排问题一旦三域测试平台运行就变得经验可观测分层控制架构可以对照评估。标准参与应在本阶段开始而非等待完整五域演示。IOWN全球论坛是光学段光子接口标准化的自然场所。与3GPP就高延迟海底接入段的切换协议扩展进行接触以及与IEEE OES就水面接口网关规范进行接触当测试平台工作提供具体技术提案带入标准过程而非概念论证时最为有效。链路安全需要在此过程中考虑包括物理层安全和漏洞、其对集成系统的影响以及缓解策略。C. 长期测试框架长期目标是完整的五域CHAIN现场试验一个部署系统其中海底声学和光学链路、海事、地面和FSO无线段、NTN卫星和空中平台以及全光光纤骨干网在CHAIN编排层下作为单一网络运行具有真实工作负载和真实跨域切换。系统在此阶段不需要永久或大规模适度地理范围的试验部署在现实运营条件下同时行使所有五个域边界足以验证CHAIN架构作为统一网络。这样的试验将产生融合优势的首次经验测试跨各个域的路径分集是否提供超越双域切换的韧性增益APN骨干网的效率优势是否在水下和RF边界的波长转换阶段存活以及编排层的路由决策相对于域特定管理是否改善端到端性能。这些是分析和仿真文献包括SAGIN和SAGSIN提出但尚未用现场数据回答的问题。这项工作的国际维度在现场试验阶段最为具体。具有足够地理范围有意义的五域部署跨越开阔海洋、NTN覆盖和光子骨干基础设施不太可能在单一国家研究计划内获得资源。全球先进连接投资所创造的双边研究条件是本阶段所需的协调多机构现场计划的实用基础。V. 结论本文的核心论点陈述简单但执行困难。五个主要连接域——光纤、自由空间光学与RF无线、非地面网络、海事以及水下光学与声学通信——各自已发展出大量研究文献、成熟信道模型和域特定标准。它们之间的连接受到的关注少得多而位于这些连接处的挑战——介质边界处的复合信道统计、跨越微秒到数十秒延迟范围的协议行为、以及在具有根本不同物理动态的域之间的编排——在现有文献中没有任何系统处理。本文提出的CHAIN框架并不解决这些问题。它精确地命名它们定位它们彼此的关系并主张必须一起处理而非一次一个域。最接近的现有工作——三域的SAGIN和海面的SAGSIN——已建立多域集成的理论案例但未产生实现它的实验和标准基础设施。CHAIN将这一轨迹扩展到所有五个域包括地下增加全光网络骨干网作为统一物理基础设施并引入AI驱动编排作为跨域控制层此时这些架构选择仍然开放而非继承自先前框架。本工作中确定的五个开放问题具有决定研究顺序的依赖结构。跨域信道表征必须先于协议设计协议设计必须先于严肃的编排工作编排工作必须先于使部署成为可能的标准参与。近期优先事项是建立测量基础设施——一个共址多域设施可以直接观察跨介质传播路径的统计——因为没有它支撑其他一切复合信道模型无法验证。融合优势——路径分集带来的韧性改善、向海洋体积的覆盖扩展、光子骨干网的效率增益以及通过工作负载到介质匹配的性能优化——得到双域先例支持但在五域规模上未经证明。证明它们是中期和长期任务是需要那种没有任何单一国家计划有能力独自建设的国际合作研究基础设施的任务。涵盖广泛域的国家设施是在全球范围内实现这一测试水平的关键。