1. 课程导入与场景锚定
卫星网络正在从“补充覆盖”走向“主用承载”。当低轨（LEO）星座以数百至上千颗卫星组网时，用户终端与地面网关之间不再存在一条固定不变的链路，而是每隔数十秒到数分钟就可能发生一次服务卫星更替。以轨道高度 550 km 的 LEO 星座为例，单颗卫星相对地面的可视弧段通常只有 5～12 分钟，若终端位于中纬度地区，平均每 2～4 分钟就会经历一次链路切换。这意味着：切换不是异常事件，而是卫星网络的常态工作模式。
本课程要解决的核心问题由此浮现：链路可以断、可以换，但用户正在进行的视频通话、正在下载的文件、正在上报数据的物联网终端，不能因为“换了一颗卫星”而中断。前者是链路切换（Handover）问题，后者是会话保持（Session Continuity）问题。二者一个发生在物理层与链路层，一个发生在网络层与传输层，必须协同设计，缺一不可。
1.1 问题定义：切换与保持是两个不同层面的挑战
把问题拆开看会更清楚。链路切换关注的是“连接关系如何从卫星 A 迁移到卫星 B”，涉及波束覆盖、星历预测、信号测量、切换判决与执行时机；会话保持关注的是“迁移过程中，上层业务看到的是什么”，涉及 IP 地址是否变化、TCP 连接是否重置、应用会话状态是否丢失、数据包是否乱序或重复。
一个常见的误解是：只要切换足够快，会话自然就保住了。实际并非如此。假设切换中断时间为 80 ms，对于普通网页浏览几乎无感，但对于 TCP 传输，80 ms 的丢包可能触发拥塞窗口收缩与超时重传，吞吐量会从 100 Mbps 骤降到不足 20 Mbps，并且需要数秒才能恢复。因此，切换性能指标不能只看“中断时长”，还要看“对上层协议的影响”。
下表给出两类问题的关键对比，帮助建立整体认知框架：
| 维度 | 链路切换 | 会话保持 |
|---|---|---|
| 作用层次 | 物理层 / 链路层 / 部分网络层 | 网络层 / 传输层 / 应用层 |
| 核心对象 | 波束、卫星、馈电链路、网关 | IP 地址、TCP/UDP 连接、应用会话 |
| 关键指标 | 切换时延、切换成功率、中断时长 | 丢包率、乱序率、吞吐恢复时间、会话存活率 |
| 典型手段 | 星历预测、测量上报、切换判决、波束赋形 | 移动性管理、隧道转发、多路径、连接迁移 |
1.2 典型业务场景：三类需求，三种约束
宽带接入是最直观的场景。家庭或机载终端通过 LEO 卫星接入互联网，业务以视频流、网页、文件下载为主。这类业务对带宽敏感、对短时中断有一定容忍度，但要求切换后吞吐能快速恢复。典型参数：下行 50～200 Mbps，切换中断目标小于 50 ms，丢包率低于 0.1%。
移动回传面向基站、船舶、列车等场景，承载的是聚合流量。它的特点是持续在线、流量稳定、对抖动敏感。若回传链路切换导致 200 ms 中断，可能引发基站侧大量用户掉线。因此移动回传通常要求切换中断小于 20 ms，并配合双连接或多路径冗余。
物联网场景则相反：单终端速率极低（kbps 级），但连接数量巨大，且终端往往处于休眠与唤醒交替状态。它的核心矛盾不是带宽，而是“唤醒时能否快速找到可用链路并恢复会话”。对于 NB-IoT over Satellite 这类应用，会话保持的重点是终端上下文与鉴权状态的延续，而非高吞吐。
1.3 课程地图：从问题到方案的完整路径
本课程共 30 章，整体遵循“先建立模型，再分析机制，最后落地验证”的路径。前段建立卫星网络切换的基本模型与关键指标；中段深入切换判决、星历预测、移动性管理与会话保持协议；后段覆盖多场景配置、性能测试、故障排查与优化复盘。
下面的 SVG 给出本课程的知识结构关系：左侧是三类业务场景，中间是切换与会话保持两条技术主线，右侧是最终要达成的能力目标。它同时标出了本课程各阶段之间的依赖方向，便于你在学习过程中随时定位当前章节所处的位置。
1.4 学习目标与学习方法
完成本课程后，你应当能够独立完成以下任务：给定一个 LEO 星座参数与终端位置，估算切换频率与可视窗口；根据业务类型选择合适的切换判决门限与迟滞参数；配置会话保持机制并解释其对 TCP 吞吐的影响；设计一组切换测试用例，采集关键指标并判断是否达标；面对切换失败或会话中断，能够按层次定位问题。
学习方法上，建议把握三点。第一，始终区分“链路视角”与“会话视角”：同一个切换事件，在链路层看是波束重配，在网络层看是路由更新，在传输层看是路径变化。第二，用数量级建立直觉：切换中断 20 ms 与 200 ms 对 TCP 的影响差异巨大，记住典型数值比记住公式更有用。第三，把参数与场景绑定：不存在通用的最优切换门限，只有针对特定业务与轨道条件的最优解。