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衛星互聯網應用,如何與新基建和產業互聯網相結合?
發布時間:2020-07-09     信息來源:衛星與網絡

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。然而,與發達國家相比,我國的數字經濟發展還不夠均衡,質量還不夠高,主要是消費互聯網一枝獨秀,而工業互聯網及產業互聯網相對薄弱。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、創新基礎設施三個層面的新基建計劃。根據發改委的政策精神,新基建的目的是以新發展理念為引領,以技術創新為驅動,以信息網絡為基礎,面向高質量發展需要,提供數字轉型、智能升級、融合創新等服務的基礎設施體系。

在新基建中,衛星互聯網與5G、物聯網、工業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,這意味著衛星互聯網將在新基建中發揮獨特的作用。這里的衛星互聯網有雙重內涵,一是基于IP體制的衛星通信網絡,其典型代表是新興的高中低軌高通量衛星網絡,二是互聯網環境下的衛星通信網絡。

前者屬于狹義的衛星互聯網,它主要提供互聯網接入等服務;后者屬于廣義的衛星互聯網,它不僅包括新興的高通量衛星網絡,還包括常規大波束衛星網絡、具有內容分發功能的衛星廣播網絡、衛星移動網絡以及衛星物聯網。

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封裝技術的衛星廣播網絡可以支持流媒體內容,可以認為它是衛星廣播互聯網;基于IP體制的衛星分發網絡可以為互聯網投遞內容;海事、銥星二代、天通一號等衛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。

新基建的啟動引發全社會,尤其是衛星通信行業對于衛星互聯網和天地網絡融合應用的廣泛關注。不過,目前關于衛星互聯網的很多報告和討論都還集中在衛星制造和星座建設之上,對于衛星互聯網的應用領域和應用價值還缺乏深入的研究。同時,整個行業都將目光集中在目前市場空間有限的狹義衛星互聯網上,這對我國衛星通信的產業化和可持續發展是很不利的。事實上,我國衛星通信行業的市場結構等問題都被人們有意或無意地回避了。

產業互聯網是新基建的主要發展目標

要知曉衛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展目標。誠然,面向高質量發展需要,提供數字轉型、智能升級、融合創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。

從構成和邏輯關系上看,新基建的主要發展目標應該是產業互聯網,而不僅僅是當下人們熱議的工業互聯網。本來,工業互聯網屬于互聯網+工業性質的融合基礎設施,或許是由于工業經濟的基礎地位和工業強國的戰略目的,或許由于工業互聯網發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,工業和產業都是industry,然而在中文世界里面,產業并不等同于工業。產業包括了多個產業門類,有第一產業、第二產業、第三產業之分。第一產業包括農、林、牧和漁業,它們統稱為農業;第二產業包括采礦、制造、電力、熱力、燃氣、自來水和建筑等行業,它們統稱為工業。第三產業包括交通運輸、通信、商業、餐飲、金融、教育、文化、廣播、電視、衛生、體育、科研、公共服務等非物質生產行業,它們統稱為服務業。服務業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,產業的范圍要比工業廣泛的多,除了工業,產業還包括農業和服務業。特別是,在當代國民經濟中,服務業的地位日益凸顯,目前服務業已成為我國規模最大、就業人數最多的行業。2018年,我國服務業對經濟增長的貢獻率接近60%(59.7%)。2019年,我國服務業占GDP比重為53.9%??梢?,服務業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新基礎設施等都是屬于服務業的范疇。

產業互聯網是互聯網等新一代信息技術與工業、服務業、農業深度融合的產物,是企業內的人、物、服務以及企業間、企業與用戶間互聯互通、線上線下融合、資源與要素協同的一種全新產業發展范式。發展產業互聯網有利于實現產業上下游、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。

在服務業不斷壯大、制造業和服務業日益相互滲透融合時代,發展產業互聯網有利于拓展數字經濟的發展空間,促進國民經濟持續、高質量地發展。

衛星互聯網是產業互聯網的重要支撐系統

本文強調產業互聯網是為了給衛星互聯網尋求更加廣闊的應用領域,強調廣義衛星互聯網是為了充分發揮衛星通信天然的大廣播、遠連接和泛存在優勢,從而為數字經濟注入更多的動能和活力。

無論是工業互聯網,還是產業互聯網,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移動互聯網與工業互聯網關系更密切,那么衛星互聯網則與產業互聯網,特別是產業互聯網中的服務業距離更近。

衛星廣播電視市場潛能需要充分釋放

衛星廣播電視是衛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。SIA報告表明,2018年全球衛星通信服務總收入為1265億美元,其中衛星電視直播942億美元,仍是絕對的主體。衛星音頻廣播也達58億美元,而寬帶服務只有24億美元。

衛星電視直播在全球得到了充分的產業化發展,其中美國的發展最為充分,已經進化到商業化、超高清、區域覆蓋階段。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,衛星電視直播市場潛力巨大。雖然我國衛星電視直播“戶戶通”用戶已達1.5億,覆蓋數億人口,但尚未進入商業運行并形成規?;男畔⒎债a業。

衛星電視直播用戶快速發展到1.5億,成為世界上最大的衛星電視直播平臺,說明我國衛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。它沒有進入商業化運行,并非坊間所說的意識形態擔憂或129號令限制,而是廣電行業的利益均衡、政策取舍問題。

其實,衛星電視和有線電視的競爭對手都是IPTV和OTT TV,限制衛星電視直播商業化發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,該給衛星電視直播的商業化發展松綁了。事實上,從內容制作、直播平臺到終端制造,我國衛星電視直播產業化發展的條件早已非常成熟。

用戶對于高清電視節目的需求、地方對衛星電視區域直播的需求都非常強烈,而這正是Ka頻段、多波束高通量衛星的用武之地。衛星電視直播投入小,產出大,其經濟效益和社會效益都十分顯著。雖然,在美國等發達國家,由于受到IPTV和OTT TV的沖擊,衛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,我國衛星電視直播產業實在有點相形見絀。

與衛星電視直播相似,衛星音頻廣播也是美國最為發達。美國SiriusXM是目前世界上唯一的衛星音頻廣播公司,2018年58億美元業務收入也是這一家公司創造的。世廣衛星公司和日韓MBSat公司也曾提供過衛星音頻廣播服務,由于種種原因都破產了。衛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。這些都是我國發展衛星音頻廣播產業的堅實基礎。衛星音頻廣播不僅能夠向汽車和智能手機分發音樂、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。

參考美國發展情況,我國衛星音頻廣播具有數十億元的潛在市場??傊?,世廣衛星公司和日韓MBSat公司為何未能持續,美國SiriusXM為何能生存下來,我國衛星音頻廣播產業化發展是否可行,都是值得探討和嘗試的事情。

衛星內容投遞技術功能值得大力發掘

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。衛星內容投遞是衛星廣播功能的擴展應用。

相對于地面內容投遞網絡,衛星內容投遞網絡結構更簡單,分發效率更高。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聯盟展示六項衛星5G融合應用,其中包括基于衛星組播的視頻緩存和實況內容分發、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務都可以用廣播方式來進行內容分發,它們被業界統稱為5G廣播類業務。與4G相比,5G廣播技術顯著增強,它能提供新興的廣播/單播混合型業務,能讓經典廣播業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。這為衛星內容投遞提供巨大的市場發展空間。

衛星內容投遞與5G廣播融合能創造多大價值,現在不好精確估計,理論上,它應該在衛星電視節目傳送和電視直播之間??梢钥隙ǖ氖?,它能創造一種衛星互聯網與5G深度融合的應用形式,讓衛星互聯網與5G共生共贏。

衛星寬帶接入需要適當的政策支持和機制設計

衛星通信在遠程接入、普遍服務方面有獨特的技術優勢,在美國、澳大利亞等國家都有許多成功案例。從全球來看,寬帶接入是衛星互聯網,尤其是GEO高通量衛星網絡的第一大應用。但在不同國家,衛星寬帶接入有不同的處境。

在美國,一方面,衛星通信技術高度發達,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”計劃的連續投入,地面寬帶網絡得到超常規發展。同時,我國衛星通信技術相對落后,這使得衛星運營商很難以市場價格提供寬帶接入服務。實際上,即便我國衛星通信技術相對落后,用它在邊遠地區提供寬帶接入服務,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,這需要國家將衛星互聯網列入普遍服務計劃,并未衛星運營商提供適當的補償。根據以往的投資規模,這樣的優化配置可以為國家節省百億規模的投資。

衛星基站中繼可以通過市場規則來發展

基站中繼是衛星互聯網,特別是NGSO高通量衛星網絡的最大應用。這是由于4G、5G基站中繼對傳輸時延的要求越來高,而NGSO高通量衛星網絡正好有這樣的優勢?;局欣^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業務,而寬帶接入面向個人,屬于2C業務。

2B意味著昂貴的衛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??梢园凑帐袌鲆巹t來部署。根據NSR統計數據,2020全球基站中繼業務收入大約14億美元,到2028年大約是44億美元。按照NSR的觀點,由于地理環境等因素,亞太地區基站中繼在全球市場中占比較大。

智能交通存在多層次的衛星互聯網需求

衛星互聯網在航空、海事領域獨具優勢。機載和海事通信對衛星互聯網的剛性需求使得它們成為衛星通信中的新興市場和熱點應用。高通量衛星和平板天線的發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,遠低于歐美發達國家,因此發展潛力巨大。

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,因此有較大的發展潛力。隨著多頻段、大容量、廣覆蓋的衛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展。

除了機載和船載通信,車聯網也是衛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系統的成員。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)、汽車工業互聯網(車輛部件遠程管理系統)三大類型應用。

車載娛樂和汽車工業互聯網與衛星互聯網關系密切,當車輛不在地面通信網絡服務區時,將不得不采用衛星互聯網。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星和廉價電調平板的支持。

智慧能源全產業鏈都需要應用衛星互聯網

能源開發、生產和傳送具有場地分散、過程連續、資產密集等特點,衛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、開發和生產場所。

以電力行業為例,“發、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,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,不僅地理環境復雜,而且會遭遇自然災害的破壞。這些地方特別需要發揮衛星互聯網的覆蓋面廣、傳輸距離遠、組網靈活、操作簡單等優勢,以滿足人員生活、作業管理、設備監控、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星寬帶、移動和物聯網等多種通信系統。

目前,發展水能、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,將成為能源行業的必然發展趨勢。為支撐能源互聯網的接入與數據傳輸、動態互聯與互動、超遠距離監測與管控調度等業務需求,就需要構建空天地協同的一體化通信網絡,衛星互聯網在其中舉足輕重。

結語

新冠疫情讓人們對新基建和產業互聯網有了新的認識,新基建和產業互聯網發展將為我國數字經濟創造強大的推動力。大廣播、遠連接和泛存在是衛星互聯網的本質特點和技術優勢,這決定了它將在產業互聯網的多個方面發揮重要的支撐作用。

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、環境監測、海洋開發、遠程教育、邊防安全、應急指揮等領域都要用到衛星互聯網。這些應用案例表明,傳統高軌大波束衛星通信網絡、高通量衛星通信網絡、衛星移動通信網絡、衛星物聯網各有千秋。它們的綜合應用和充分發展有望為我國造就一個千億級的衛星互聯網服務產業。

目前,衛星電視直播在衛星通信服務業中仍處于主體地位,我國衛星電視直播的巨大產能有待釋放,衛星音頻廣播商業模式值得探索,衛星內容投遞的技術和市場價值需要發掘,寬帶接入在普遍服務中的作用需要政策支持和機制設計,通信衛星性價比有待進一步提高。衛星互聯網中的數據業務超越視頻業務是大勢所趨,但我國數據業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星互聯網的時刻,衛星通信業內人士必須要對此有清醒的認識,切不可忽視傳統高軌大波束衛星的現實商業價值,而去共同追逐目前市場價值有限的新興業務。

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,它們可以讓衛星互聯網更好地融入產業互聯網。(文 |  沈永言)

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