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行業(yè)新聞
衛(wèi)星互聯網應用，如何與新基建和產業(yè)互聯網相結合?
2020-06-19 / 閱讀次數：2414
作者 | 沈永言
轉自 |衛(wèi)星與網絡
1 前言
上個世紀九十年代開始的信息化建設和互聯網應用標志著我國進入數字經濟時代。在短短十幾年時間內，我國一躍成為消費互聯網大國，同時誕生了華為、騰訊、阿里巴巴等全球領先的數字經濟企業(yè)。然而，與發(fā)達國家相比，我國的數字經濟發(fā)展還不夠均衡，質量還不夠高，主要是消費互聯網一枝獨秀，而工業(yè)互聯網及產業(yè)互聯網相對薄弱。為此，從2018年開始，我國政府和相關部門開始謀劃新型基礎設施建設（以下簡稱新基建），以為數字經濟發(fā)展注入新的動能。
為應對新冠疫情對我國和全球經濟的巨大沖擊，發(fā)改委于今年四月份正式出臺了包含新一代信息基礎設施、融合基礎設施、創(chuàng)新基礎設施三個層面的新基建計劃。根據發(fā)改委的政策精神，新基建的目的是以新發(fā)展理念為引領，以技術創(chuàng)新為驅動，以信息網絡為基礎，面向高質量發(fā)展需要，提供數字轉型、智能升級、融合創(chuàng)新等服務的基礎設施體系。
在新基建中，衛(wèi)星互聯網與5G、物聯網、工業(yè)互聯網一起出現在信息基礎設施的核心部分——通信網絡基礎設施里面，這意味著衛(wèi)星互聯網將在新基建中發(fā)揮獨特的作用。這里的衛(wèi)星互聯網有雙重內涵，一是基于IP體制的衛(wèi)星通信網絡,其典型代表是新興的高中低軌高通量衛(wèi)星網絡，二是互聯網環(huán)境下的衛(wèi)星通信網絡。
前者屬于狹義的衛(wèi)星互聯網，它主要提供互聯網接入等服務；后者屬于廣義的衛(wèi)星互聯網，它不僅包括新興的高通量衛(wèi)星網絡，還包括常規(guī)大波束衛(wèi)星網絡、具有內容分發(fā)功能的衛(wèi)星廣播網絡、衛(wèi)星移動網絡以及衛(wèi)星物聯網。
事實上，這些網絡都不同程度地實現了互聯網化。例如，引用IP封裝技術的衛(wèi)星廣播網絡可以支持流媒體內容，可以認為它是衛(wèi)星廣播互聯網；基于IP體制的衛(wèi)星分發(fā)網絡可以為互聯網投遞內容；海事、銥星二代、天通一號等衛(wèi)星移動網絡都有不同程度的互聯網接入功能。顯然，廣義的衛(wèi)星互聯網在新基建中的用途更廣、價值更大。
新基建的啟動引發(fā)全社會，尤其是衛(wèi)星通信行業(yè)對于衛(wèi)星互聯網和天地網絡融合應用的廣泛關注。不過，目前關于衛(wèi)星互聯網的很多報告和討論都還集中在衛(wèi)星制造和星座建設之上，對于衛(wèi)星互聯網的應用領域和應用價值還缺乏深入的研究。同時，整個行業(yè)都將目光集中在目前市場空間有限的狹義衛(wèi)星互聯網上，這對我國衛(wèi)星通信的產業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展是很不利的。事實上，我國衛(wèi)星通信行業(yè)的市場結構等問題都被人們有意或無意地回避了。
2 產業(yè)互聯網是新基建的主要發(fā)展目標
要知曉衛(wèi)星互聯網在新基建中的應用領域和應用價值，首先要明確新基建的主要發(fā)展目標。誠然，面向高質量發(fā)展需要，提供數字轉型、智能升級、融合創(chuàng)新等服務的基礎設施體系，為數字經濟注入新動能理當是新基建的主要發(fā)展目標，只是這種功能性的目標并不能提供直接的啟示。新基建是發(fā)展數字經濟的手段和方式，數字經濟的載體是數字化、網絡化、智能的產業(yè)。
從構成和邏輯關系上看，新基建的主要發(fā)展目標應該是產業(yè)互聯網，而不僅僅是當下人們熱議的工業(yè)互聯網。本來，工業(yè)互聯網屬于互聯網+工業(yè)性質的融合基礎設施，或許是由于工業(yè)經濟的基礎地位和工業(yè)強國的戰(zhàn)略目的，或許由于工業(yè)互聯網發(fā)展過程中形成了大量的基礎和共性技術，才使得它與5G、物聯網和衛(wèi)星互聯網并列為新一代信息基礎設施中的通信網絡基礎設施。
在英文世界里面，工業(yè)和產業(yè)都是industry，然而在中文世界里面，產業(yè)并不等同于工業(yè)。產業(yè)包括了多個產業(yè)門類，有第一產業(yè)、第二產業(yè)、第三產業(yè)之分。第一產業(yè)包括農、林、牧和漁業(yè)，它們統(tǒng)稱為農業(yè)；第二產業(yè)包括采礦、制造、電力、熱力、燃氣、自來水和建筑等行業(yè)，它們統(tǒng)稱為工業(yè)。第三產業(yè)包括交通運輸、通信、商業(yè)、餐飲、金融、教育、文化、廣播、電視、衛(wèi)生、體育、科研、公共服務等非物質生產行業(yè)，它們統(tǒng)稱為服務業(yè)。服務業(yè)務又可以細分為消費性服務、生產性服務和公共性服務。
由此可知，產業(yè)的范圍要比工業(yè)廣泛的多，除了工業(yè)，產業(yè)還包括農業(yè)和服務業(yè)。特別是，在當代國民經濟中，服務業(yè)的地位日益凸顯，目前服務業(yè)已成為我國規(guī)模最大、就業(yè)人數最多的行業(yè)。2018年，我國服務業(yè)對經濟增長的貢獻率接近60%（59.7%）。2019年，我國服務業(yè)占GDP比重為53.9%。可見，服務業(yè)已成為支撐我國國民經濟增長的重要力量。
在新基建中，信息基礎設施中的通信網絡基礎設施和算力基礎設施、融合基礎設施里面的智能交通基礎設施以及創(chuàng)新基礎設施等都是屬于服務業(yè)的范疇。
產業(yè)互聯網是互聯網等新一代信息技術與工業(yè)、服務業(yè)、農業(yè)深度融合的產物，是企業(yè)內的人、物、服務以及企業(yè)間、企業(yè)與用戶間互聯互通、線上線下融合、資源與要素協同的一種全新產業(yè)發(fā)展范式。發(fā)展產業(yè)互聯網有利于實現產業(yè)上下游、跨領域的廣泛互聯互通，推動網絡應用從虛擬到實體、從生活到生產的科學跨越。
在服務業(yè)不斷壯大、制造業(yè)和服務業(yè)日益相互滲透融合時代，發(fā)展產業(yè)互聯網有利于拓展數字經濟的發(fā)展空間，促進國民經濟持續(xù)、高質量地發(fā)展。
3 衛(wèi)星互聯網是產業(yè)互聯網的重要支撐系統(tǒng)
本文強調產業(yè)互聯網是為了給衛(wèi)星互聯網尋求更加廣闊的應用領域，強調廣義衛(wèi)星互聯網是為了充分發(fā)揮衛(wèi)星通信天然的大廣播、遠連接和泛存在優(yōu)勢，從而為數字經濟注入更多的動能和活力。
無論是工業(yè)互聯網，還是產業(yè)互聯網，都是由網絡、平臺、應用、安全四個元素構成的，其中網絡處于最基礎的地位。如果說5G移動互聯網與工業(yè)互聯網關系更密切，那么衛(wèi)星互聯網則與產業(yè)互聯網，特別是產業(yè)互聯網中的服務業(yè)距離更近。
3.1 衛(wèi)星廣播電視市場潛能需要充分釋放
衛(wèi)星廣播電視是衛(wèi)星通信的重要應用領域，是典型的數字網絡文化和信息服務產業(yè)。SIA報告表明，2018年全球衛(wèi)星通信服務總收入為1265億美元，其中衛(wèi)星電視直播942億美元，仍是絕對的主體。衛(wèi)星音頻廣播也達58億美元，而寬帶服務只有24億美元，如表1所示。
表1：SIA2018年全球衛(wèi)星通信服務收入結構
衛(wèi)星電視直播在全球得到了充分的產業(yè)化發(fā)展，其中美國的發(fā)展最為充分，已經進化到商業(yè)化、超高清、區(qū)域覆蓋階段。DirecTV和Dish Network兩家服務提供商共擁有大約20顆直播衛(wèi)星、5000多萬用戶、500多億美元收入。我國人口眾多、地域廣闊、經濟總量世界第二，衛(wèi)星電視直播市場潛力巨大。雖然我國衛(wèi)星電視直播“戶戶通”用戶已達1.5億，覆蓋數億人口，但尚未進入商業(yè)運行并形成規(guī)模化的信息服務產業(yè)。
衛(wèi)星電視直播用戶快速發(fā)展到1.5億，成為世界上最大的衛(wèi)星電視直播平臺，說明我國衛(wèi)星電視直播需求巨大，且可管可控，完全可以形成每年數百億收入的信息服務產業(yè)。它沒有進入商業(yè)化運行，并非坊間所說的意識形態(tài)擔憂或129號令限制，而是廣電行業(yè)的利益均衡、政策取舍問題。
其實，衛(wèi)星電視和有線電視的競爭對手都是IPTV和OTT TV,限制衛(wèi)星電視直播商業(yè)化發(fā)展并不能保證有線電視的長治久安。在廣電基本實現有線網絡全國聯網、成功獲得5G市場機會的情況下，該給衛(wèi)星電視直播的商業(yè)化發(fā)展松綁了。事實上，從內容制作、直播平臺到終端制造，我國衛(wèi)星電視直播產業(yè)化發(fā)展的條件早已非常成熟。
用戶對于高清電視節(jié)目的需求、地方對衛(wèi)星電視區(qū)域直播的需求都非常強烈，而這正是Ka頻段、多波束高通量衛(wèi)星的用武之地。衛(wèi)星電視直播投入小，產出大，其經濟效益和社會效益都十分顯著。雖然，在美國等發(fā)達國家，由于受到IPTV和OTT TV的沖擊，衛(wèi)星電視直播服務收入有所下滑，但在亞太等新興經濟體的發(fā)展勢頭依然良好。作為世界第二經濟體，但與周邊國家相比，我國衛(wèi)星電視直播產業(yè)實在有點相形見絀。
與衛(wèi)星電視直播相似，衛(wèi)星音頻廣播也是美國最為發(fā)達。美國SiriusXM是目前世界上唯一的衛(wèi)星音頻廣播公司，2018年58億美元業(yè)務收入也是這一家公司創(chuàng)造的。世廣衛(wèi)星公司和日韓MBSat公司也曾提供過衛(wèi)星音頻廣播服務，由于種種原因都破產了。衛(wèi)星音頻廣播的市場基礎是汽車保有量和智能手機用戶數。
目前，我國汽車保有量約2.6億輛，智能手機用戶數接近8億，高速公路里程超過13公里，均為全球第一；中產階級人數超過1億。這些都是我國發(fā)展衛(wèi)星音頻廣播產業(yè)的堅實基礎。衛(wèi)星音頻廣播不僅能夠向汽車和智能手機分發(fā)音樂、視頻和數據，還可以在車聯網中提供地圖更新、軟件升級、導航增強等服務。
參考美國發(fā)展情況，我國衛(wèi)星音頻廣播具有數十億元的潛在市場?？傊?，世廣衛(wèi)星公司和日韓MBSat公司為何未能持續(xù)，美國SiriusXM為何能生存下來，我國衛(wèi)星音頻廣播產業(yè)化發(fā)展是否可行，都是值得探討和嘗試的事情。
3.2 衛(wèi)星內容投遞技術功能值得大力發(fā)掘
內容投遞網絡（CDN）是針對互聯網阻塞等問題的一種解決方案和服務形式，它將用戶經常訪問的內容投遞到互聯網的邊緣，從而達到縮短網絡相應時間、減輕網絡帶寬壓力的目的。衛(wèi)星內容投遞是衛(wèi)星廣播功能的擴展應用。
相對于地面內容投遞網絡，衛(wèi)星內容投遞網絡結構更簡單，分發(fā)效率更高。早在2000年互聯網建設熱潮期間，美國就有數家公司開展基于衛(wèi)星通信的互聯網內容投遞服務。2005年前后，中國工程院李幼平院士提出了廣播﹢存儲的“播存結構”技術，以將互聯網內容高效傳播并存儲于網絡邊緣。這種“雙結構互聯網”可以有效化解地面互聯網“內容難以管控，視頻難以通暢”的困境，到達“內容可管、視頻流暢”的目的。
現在，3GPP將內容投遞列為四種衛(wèi)星互聯網與5G融合應用方式之一。內容投遞與移動邊緣計算都是緩解移動互聯網帶寬壓力、改善網絡服務性能的解決方案，它們通常需要組合使用。在2019歐洲網絡與通信大會(EuCNC2019)上，SaT5G聯盟展示六項衛(wèi)星5G融合應用，其中包括基于衛(wèi)星組播的視頻緩存和實況內容分發(fā)、利用混合回傳網絡和移動邊緣計算的5G本地內容緩存。
在5G中的很多場景，如4K/8K超高清視頻、3D、VR/AR、緊急廣播、物聯網終端軟件升級等業(yè)務都可以用廣播方式來進行內容分發(fā)，它們被業(yè)界統(tǒng)稱為5G廣播類業(yè)務。與4G相比，5G廣播技術顯著增強，它能提供新興的廣播/單播混合型業(yè)務，能讓經典廣播業(yè)務具備更強的交互性，可以支持多個基站的融合組網，專門構建的廣域廣播網絡可以由幾個網絡運營商共享。這為衛(wèi)星內容投遞提供巨大的市場發(fā)展空間。
衛(wèi)星內容投遞與5G廣播融合能創(chuàng)造多大價值，現在不好精確估計，理論上，它應該在衛(wèi)星電視節(jié)目傳送和電視直播之間。可以肯定的是，它能創(chuàng)造一種衛(wèi)星互聯網與5G深度融合的應用形式，讓衛(wèi)星互聯網與5G共生共贏。
3.3 衛(wèi)星寬帶接入需要適當的政策支持和機制設計
衛(wèi)星通信在遠程接入、普遍服務方面有獨特的技術優(yōu)勢，在美國、澳大利亞等國家都有許多成功案例。從全球來看，寬帶接入是衛(wèi)星互聯網，尤其是GEO高通量衛(wèi)星網絡的第一大應用。但在不同國家，衛(wèi)星寬帶接入有不同的處境。
在美國，一方面，衛(wèi)星通信技術高度發(fā)達，另一方面，由于土地私、人口分散、地面網絡建設成本較高，這使得衛(wèi)星通信運營商能夠以與地面寬帶相似的性價比提供寬帶接入服務。
在我國，情況正好相反。由于土地公有、人口集中，加上國家“寬帶中國”計劃的連續(xù)投入，地面寬帶網絡得到超常規(guī)發(fā)展。同時，我國衛(wèi)星通信技術相對落后，這使得衛(wèi)星運營商很難以市場價格提供寬帶接入服務。實際上，即便我國衛(wèi)星通信技術相對落后，用它在邊遠地區(qū)提供寬帶接入服務，也可能比為稀疏的用戶鋪設光纜更為經濟。目前，我國98%的行政村已經實現通光纖或4G網絡，最后2%行政村通過衛(wèi)星互聯網來實現通寬帶將是最佳的選擇。但是，這需要國家將衛(wèi)星互聯網列入普遍服務計劃，并未衛(wèi)星運營商提供適當的補償。根據以往的投資規(guī)模，這樣的優(yōu)化配置可以為國家節(jié)省百億規(guī)模的投資。
3.4 衛(wèi)星基站中繼可以通過市場規(guī)則來發(fā)展
基站中繼是衛(wèi)星互聯網，特別是NGSO高通量衛(wèi)星網絡的最大應用。這是由于4G、5G基站中繼對傳輸時延的要求越來高，而NGSO高通量衛(wèi)星網絡正好有這樣的優(yōu)勢。基站中繼與寬帶接入的應用領域大同小異，只是基站中繼面向移動運營商，即屬于2B業(yè)務，而寬帶接入面向個人，屬于2C業(yè)務。
2B意味著昂貴的衛(wèi)星終端成本可以被平攤，同時移動運營商的成本承受能也遠高于個人，因此，基站中繼通?？梢园凑帐袌鲆?guī)則來部署。根據NSR統(tǒng)計數據，2020全球基站中繼業(yè)務收入大約14億美元，到2028年大約是44億美元。按照NSR的觀點，由于地理環(huán)境等因素，亞太地區(qū)基站中繼在全球市場中占比較大。
3.5 智能交通存在多層次的衛(wèi)星互聯網需求
衛(wèi)星互聯網在航空、海事領域獨具優(yōu)勢。機載和海事通信對衛(wèi)星互聯網的剛性需求使得它們成為衛(wèi)星通信中的新興市場和熱點應用。高通量衛(wèi)星和平板天線的發(fā)展為機載和海事通信提供了強大的動力。歐洲咨詢公司預測，到2028年，全球機載通信和船載通信總收入將接近100億美元，其中大部分來自機載通信，盡管船只數量更多。
據Sky High Economics報告預測，到2038年，全球機載通信收入可達300美元。2018年，我國商用航空飛機數量為3639架，到2038年將增長到9330架，接近世界總量的五分之一。目前，我國機載通信普及率只有百分之五，遠低于歐美發(fā)達國家，因此發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
以上所說的機載和船載通信是指面向客艙乘客的消費性互聯網服務。此外，面向機艙的業(yè)務運行管理以及面向飛機和船只的設備運行管理則屬于生產性互聯網服務，它們對于交通運輸部門的安全運行、科學管理意義重大，因此有較大的發(fā)展?jié)摿?。隨著多頻段、大容量、廣覆蓋的衛(wèi)星互聯網的成功部署，生產性互聯網服務的機載和船載通信需求將逐步顯現出來。屆時，它們將帶動移動邊緣計算、大數據、人工智能等新一代信息技術在交通運輸領域同步發(fā)展。
除了機載和船載通信，車聯網也是衛(wèi)星互聯網在交通運輸領域的重要應用方向。特斯拉電動汽車就是SpaceX的目標用戶以及生態(tài)系統(tǒng)的成員。車聯網主要有自動駕駛汽車、車載娛樂（寬帶連接和視頻流媒體服務）、汽車工業(yè)互聯網（車輛部件遠程管理系統(tǒng)）三大類型應用。
車載娛樂和汽車工業(yè)互聯網與衛(wèi)星互聯網關系密切，當車輛不在地面通信網絡服務區(qū)時，將不得不采用衛(wèi)星互聯網。由于預測性車輛診斷和維護、安全檢查、遠程信息處理等應用不會消耗太多帶寬，因此衛(wèi)星移動通信將是最佳手段，而車載娛樂應用需要較大帶寬，它需要得到高通量衛(wèi)星和廉價電調平板的支持。
3.6 智慧能源全產業(yè)鏈都需要應用衛(wèi)星互聯網
能源開發(fā)、生產和傳送具有場地分散、過程連續(xù)、資產密集等特點，衛(wèi)星互聯網在其中的安全運行保障作用十分突出。以石油行業(yè)為例，海上、沙漠和隔壁等地廣人稀的地方時常就是勘探、開發(fā)和生產場所。
以電力行業(yè)為例，“發(fā)、輸、送、變”等工程一般都是地處偏遠。例如，大部分水電站都是在落差很高的山區(qū),工程初期通信條件十分受限。輸電線路經常要翻山越嶺、跨江過河,不僅地理環(huán)境復雜,而且會遭遇自然災害的破壞。這些地方特別需要發(fā)揮衛(wèi)星互聯網的覆蓋面廣、傳輸距離遠、組網靈活、操作簡單等優(yōu)勢，以滿足人員生活、作業(yè)管理、設備監(jiān)控、線路巡檢、應急保障等方面的話音、數據和視頻等綜合信息通信需求，而且這些需求需要應用衛(wèi)星寬帶、移動和物聯網等多種通信系統(tǒng)。
目前，發(fā)展水能、風能、太陽能以及海洋能等清潔能源資源，走低碳綠色發(fā)展道路，已成全球共識。建立服務范圍廣、配置能力強、安全可靠性高、綠色低碳的智慧能源互聯網，將成為能源行業(yè)的必然發(fā)展趨勢。為支撐能源互聯網的接入與數據傳輸、動態(tài)互聯與互動、超遠距離監(jiān)測與管控調度等業(yè)務需求，就需要構建空天地協同的一體化通信網絡，衛(wèi)星互聯網在其中舉足輕重。
4 結語
新冠疫情讓人們對新基建和產業(yè)互聯網有了新的認識，新基建和產業(yè)互聯網發(fā)展將為我國數字經濟創(chuàng)造強大的推動力。大廣播、遠連接和泛存在是衛(wèi)星互聯網的本質特點和技術優(yōu)勢，這決定了它將在產業(yè)互聯網的多個方面發(fā)揮重要的支撐作用。
除了廣播電視、內容投遞、寬帶接入、基站中繼、智能交通、智慧能源之外，森林防護、草場保護、環(huán)境監(jiān)測、海洋開發(fā)、遠程教育、邊防安全、應急指揮等領域都要用到衛(wèi)星互聯網。這些應用案例表明，傳統(tǒng)高軌大波束衛(wèi)星通信網絡、高通量衛(wèi)星通信網絡、衛(wèi)星移動通信網絡、衛(wèi)星物聯網各有千秋。它們的綜合應用和充分發(fā)展有望為我國造就一個千億級的衛(wèi)星互聯網服務產業(yè)。
目前，衛(wèi)星電視直播在衛(wèi)星通信服務業(yè)中仍處于主體地位，我國衛(wèi)星電視直播的巨大產能有待釋放，衛(wèi)星音頻廣播商業(yè)模式值得探索，衛(wèi)星內容投遞的技術和市場價值需要發(fā)掘，寬帶接入在普遍服務中的作用需要政策支持和機制設計，通信衛(wèi)星性價比有待進一步提高。衛(wèi)星互聯網中的數據業(yè)務超越視頻業(yè)務是大勢所趨，但我國數據業(yè)務市場的培育還需要時間，它必然會面臨地面寬帶網絡的增量易、增收難等問題。
在當下舉國上下關注低軌星座和衛(wèi)星互聯網的時刻，衛(wèi)星通信業(yè)內人士必須要對此有清醒的認識，切不可忽視傳統(tǒng)高軌大波束衛(wèi)星的現實商業(yè)價值，而去共同追逐目前市場價值有限的新興業(yè)務。
另外，需要指出的是，在天地一體化信息網絡時代，在很多應用場景中，都需要綜合應用高中低軌衛(wèi)星網絡和地面網絡，而且，波束切換、路徑選擇、帶寬整合、速率調整、數據處理、管理控制等應用都需要得到移動邊緣計算和平板天線兩個技術的支持，它們可以讓衛(wèi)星互聯網更好地融入產業(yè)互聯網。
