卫星互联网应用，如何与新基建和产业互联网相结合?
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新基建和产业互联网背景下的卫星互联网应用
文 | 沈永言
本文原载于《卫星与网络》杂志2020年5月刊
01
前言
上个世纪九十年代开始的信息化建设和互联网应用标志着我国进入数字经济时代。在短短十几年时间内，我国一跃成为消费互联网大国，同时诞生了华为、腾讯、阿里巴巴等全球领先的数字经济企业。然而，与发达国家相比，我国的数字经济发展还不够均衡，质量还不够高，主要是消费互联网一枝独秀，而工业互联网及产业互联网相对薄弱。为此，从2018年开始，我国政府和相关部门开始谋划新型基础设施建设（以下简称新基建），以为数字经济发展注入新的动能。
为应对新冠疫情对我国和全球经济的巨大冲击，发改委于今年四月份正式出台了包含新一代信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施三个层面的新基建计划。根据发改委的政策精神，新基建的目的是以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。
在新基建中，卫星互联网与5G、物联网、工业互联网一起出现在信息基础设施的核心部分——通信网络基础设施里面，这意味着卫星互联网将在新基建中发挥独特的作用。这里的卫星互联网有双重内涵，一是基于IP体制的卫星通信网络,其典型代表是新兴的高中低轨高通量卫星网络，二是互联网环境下的卫星通信网络。
前者属于狭义的卫星互联网，它主要提供互联网接入等服务；后者属于广义的卫星互联网，它不仅包括新兴的高通量卫星网络，还包括常规大波束卫星网络、具有内容分发功能的卫星广播网络、卫星移动网络以及卫星物联网。
事实上，这些网络都不同程度地实现了互联网化。例如，引用IP封装技术的卫星广播网络可以支持流媒体内容，可以认为它是卫星广播互联网；基于IP体制的卫星分发网络可以为互联网投递内容；海事、铱星二代、天通一号等卫星移动网络都有不同程度的互联网接入功能。显然，广义的卫星互联网在新基建中的用途更广、价值更大。
新基建的启动引发全社会，尤其是卫星通信行业对于卫星互联网和天地网络融合应用的广泛关注。不过，目前关于卫星互联网的很多报告和讨论都还集中在卫星制造和星座建设之上，对于卫星互联网的应用领域和应用价值还缺乏深入的研究。同时，整个行业都将目光集中在目前市场空间有限的狭义卫星互联网上，这对我国卫星通信的产业化和可持续发展是很不利的。事实上，我国卫星通信行业的市场结构等问题都被人们有意或无意地回避了。
02
产业互联网是新基建的主要发展目标
要知晓卫星互联网在新基建中的应用领域和应用价值，首先要明确新基建的主要发展目标。诚然，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系，为数字经济注入新动能理当是新基建的主要发展目标，只是这种功能性的目标并不能提供直接的启示。新基建是发展数字经济的手段和方式，数字经济的载体是数字化、网络化、智能的产业。
从构成和逻辑关系上看，新基建的主要发展目标应该是产业互联网，而不仅仅是当下人们热议的工业互联网。本来，工业互联网属于互联网+工业性质的融合基础设施，或许是由于工业经济的基础地位和工业强国的战略目的，或许由于工业互联网发展过程中形成了大量的基础和共性技术，才使得它与5G、物联网和卫星互联网并列为新一代信息基础设施中的通信网络基础设施。
在英文世界里面，工业和产业都是industry，然而在中文世界里面，产业并不等同于工业。产业包括了多个产业门类，有第一产业、第二产业、第三产业之分。第一产业包括农、林、牧和渔业，它们统称为农业；第二产业包括采矿、制造、电力、热力、燃气、自来水和建筑等行业，它们统称为工业。第三产业包括交通运输、通信、商业、餐饮、金融、教育、文化、广播、电视、卫生、体育、科研、公共服务等非物质生产行业，它们统称为服务业。服务业务又可以细分为消费性服务、生产性服务和公共性服务。
由此可知，产业的范围要比工业广泛的多，除了工业，产业还包括农业和服务业。特别是，在当代国民经济中，服务业的地位日益凸显，目前服务业已成为我国规模最大、就业人数最多的行业。2018年，我国服务业对经济增长的贡献率接近60%（59.7%）。2019年，我国服务业占GDP比重为53.9%。可见，服务业已成为支撑我国国民经济增长的重要力量。
在新基建中，信息基础设施中的通信网络基础设施和算力基础设施、融合基础设施里面的智能交通基础设施以及创新基础设施等都是属于服务业的范畴。
产业互联网是互联网等新一代信息技术与工业、服务业、农业深度融合的产物，是企业内的人、物、服务以及企业间、企业与用户间互联互通、线上线下融合、资源与要素协同的一种全新产业发展范式。发展产业互联网有利于实现产业上下游、跨领域的广泛互联互通，推动网络应用从虚拟到实体、从生活到生产的科学跨越。
在服务业不断壮大、制造业和服务业日益相互渗透融合时代，发展产业互联网有利于拓展数字经济的发展空间，促进国民经济持续、高质量地发展。
03
卫星互联网是产业互联网的重要支撑系统
本文强调产业互联网是为了给卫星互联网寻求更加广阔的应用领域，强调广义卫星互联网是为了充分发挥卫星通信天然的大广播、远连接和泛存在优势，从而为数字经济注入更多的动能和活力。
无论是工业互联网，还是产业互联网，都是由网络、平台、应用、安全四个元素构成的，其中网络处于最基础的地位。如果说5G移动互联网与工业互联网关系更密切，那么卫星互联网则与产业互联网，特别是产业互联网中的服务业距离更近。
3.1
卫星广播电视市场潜能需要充分释放
卫星广播电视是卫星通信的重要应用领域，是典型的数字网络文化和信息服务产业。SIA报告表明，2018年全球卫星通信服务总收入为1265亿美元，其中卫星电视直播942亿美元，仍是绝对的主体。卫星音频广播也达58亿美元，而宽带服务只有24亿美元，如表1所示。
表1：SIA2018年全球卫星通信服务收入结构
卫星电视直播在全球得到了充分的产业化发展，其中美国的发展最为充分，已经进化到商业化、超高清、区域覆盖阶段。DirecTV和Dish Network两家服务提供商共拥有大约20颗直播卫星、5000多万用户、500多亿美元收入。我国人口众多、地域广阔、经济总量世界第二，卫星电视直播市场潜力巨大。虽然我国卫星电视直播“户户通”用户已达1.5亿，覆盖数亿人口，但尚未进入商业运行并形成规模化的信息服务产业。
卫星电视直播用户快速发展到1.5亿，成为世界上最大的卫星电视直播平台，说明我国卫星电视直播需求巨大，且可管可控，完全可以形成每年数百亿收入的信息服务产业。它没有进入商业化运行，并非坊间所说的意识形态担忧或129号令限制，而是广电行业的利益均衡、政策取舍问题。
其实，卫星电视和有线电视的竞争对手都是IPTV和OTT TV,限制卫星电视直播商业化发展并不能保证有线电视的长治久安。在广电基本实现有线网络全国联网、成功获得5G市场机会的情况下，该给卫星电视直播的商业化发展松绑了。事实上，从内容制作、直播平台到终端制造，我国卫星电视直播产业化发展的条件早已非常成熟。
用户对于高清电视节目的需求、地方对卫星电视区域直播的需求都非常强烈，而这正是Ka频段、多波束高通量卫星的用武之地。卫星电视直播投入小，产出大，其经济效益和社会效益都十分显著。虽然，在美国等发达国家，由于受到IPTV和OTT TV的冲击，卫星电视直播服务收入有所下滑，但在亚太等新兴经济体的发展势头依然良好。作为世界第二经济体，但与周边国家相比，我国卫星电视直播产业实在有点相形见绌。
与卫星电视直播相似，卫星音频广播也是美国最为发达。美国SiriusXM是目前世界上唯一的卫星音频广播公司，2018年58亿美元业务收入也是这一家公司创造的。世广卫星公司和日韩MBSat公司也曾提供过卫星音频广播服务，由于种种原因都破产了。卫星音频广播的市场基础是汽车保有量和智能手机用户数。
目前，我国汽车保有量约2.6亿辆，智能手机用户数接近8亿，高速公路里程超过13公里，均为全球第一；中产阶级人数超过1亿。这些都是我国发展卫星音频广播产业的坚实基础。卫星音频广播不仅能够向汽车和智能手机分发音乐、视频和数据，还可以在车联网中提供地图更新、软件升级、导航增强等服务。
参考美国发展情况，我国卫星音频广播具有数十亿元的潜在市场。总之，世广卫星公司和日韩MBSat公司为何未能持续，美国SiriusXM为何能生存下来，我国卫星音频广播产业化发展是否可行，都是值得探讨和尝试的事情。
3.2
卫星内容投递技术功能值得大力发掘
内容投递网络（CDN）是针对互联网阻塞等问题的一种解决方案和服务形式，它将用户经常访问的内容投递到互联网的边缘，从而达到缩短网络相应时间、减轻网络带宽压力的目的。卫星内容投递是卫星广播功能的扩展应用。
相对于地面内容投递网络，卫星内容投递网络结构更简单，分发效率更高。早在2000年互联网建设热潮期间，美国就有数家公司开展基于卫星通信的互联网内容投递服务。2005年前后，中国工程院李幼平院士提出了广播﹢存储的“播存结构”技术，以将互联网内容高效传播并存储于网络边缘。这种“双结构互联网”可以有效化解地面互联网“内容难以管控，视频难以通畅”的困境，到达“内容可管、视频流畅”的目的。
现在，3GPP将内容投递列为四种卫星互联网与5G融合应用方式之一。内容投递与移动边缘计算都是缓解移动互联网带宽压力、改善网络服务性能的解决方案，它们通常需要组合使用。在2019欧洲网络与通信大会(EuCNC2019)上，SaT5G联盟展示六项卫星5G融合应用，其中包括基于卫星组播的视频缓存和实况内容分发、利用混合回传网络和移动边缘计算的5G本地内容缓存。
在5G中的很多场景，如4K/8K超高清视频、3D、VR/AR、紧急广播、物联网终端软件升级等业务都可以用广播方式来进行内容分发，它们被业界统称为5G广播类业务。与4G相比，5G广播技术显著增强，它能提供新兴的广播/单播混合型业务，能让经典广播业务具备更强的交互性，可以支持多个基站的融合组网，专门构建的广域广播网络可以由几个网络运营商共享。这为卫星内容投递提供巨大的市场发展空间。
卫星内容投递与5G广播融合能创造多大价值，现在不好精确估计，理论上，它应该在卫星电视节目传送和电视直播之间。可以肯定的是，它能创造一种卫星互联网与5G深度融合的应用形式，让卫星互联网与5G共生共赢。
3.3
卫星宽带接入需要适当的政策支持和机制设计
卫星通信在远程接入、普遍服务方面有独特的技术优势，在美国、澳大利亚等国家都有许多成功案例。从全球来看，宽带接入是卫星互联网，尤其是GEO高通量卫星网络的第一大应用。但在不同国家，卫星宽带接入有不同的处境。
在美国，一方面，卫星通信技术高度发达，另一方面，由于土地私、人口分散、地面网络建设成本较高，这使得卫星通信运营商能够以与地面宽带相似的性价比提供宽带接入服务。
在我国，情况正好相反。由于土地公有、人口集中，加上国家“宽带中国”计划的连续投入，地面宽带网络得到超常规发展。同时，我国卫星通信技术相对落后，这使得卫星运营商很难以市场价格提供宽带接入服务。实际上，即便我国卫星通信技术相对落后，用它在边远地区提供宽带接入服务，也可能比为稀疏的用户铺设光缆更为经济。目前，我国98%的行政村已经实现通光纤或4G网络，最后2%行政村通过卫星互联网来实现通宽带将是最佳的选择。但是，这需要国家将卫星互联网列入普遍服务计划，并未卫星运营商提供适当的补偿。根据以往的投资规模，这样的优化配置可以为国家节省百亿规模的投资。
3.4
卫星基站中继可以通过市场规则来发展
基站中继是卫星互联网，特别是NGSO高通量卫星网络的最大应用。这是由于4G、5G基站中继对传输时延的要求越来高，而NGSO高通量卫星网络正好有这样的优势。基站中继与宽带接入的应用领域大同小异，只是基站中继面向移动运营商，即属于2B业务，而宽带接入面向个人，属于2C业务。
2B意味着昂贵的卫星终端成本可以被平摊，同时移动运营商的成本承受能也远高于个人，因此，基站中继通常可以按照市场规则来部署。根据NSR统计数据，2020全球基站中继业务收入大约14亿美元，到2028年大约是44亿美元。按照NSR的观点，由于地理环境等因素，亚太地区基站中继在全球市场中占比较大。
3.5
智能交通存在多层次的卫星互联网需求
卫星互联网在航空、海事领域独具优势。机载和海事通信对卫星互联网的刚性需求使得它们成为卫星通信中的新兴市场和热点应用。高通量卫星和平板天线的发展为机载和海事通信提供了强大的动力。欧洲咨询公司预测，到2028年，全球机载通信和船载通信总收入将接近100亿美元，其中大部分来自机载通信，尽管船只数量更多。
据Sky High Economics报告预测，到2038年，全球机载通信收入可达300美元。2018年，我国商用航空飞机数量为3639架，到2038年将增长到9330架，接近世界总量的五分之一。目前，我国机载通信普及率只有百分之五，远低于欧美发达国家，因此发展潜力巨大。
以上所说的机载和船载通信是指面向客舱乘客的消费性互联网服务。此外，面向机舱的业务运行管理以及面向飞机和船只的设备运行管理则属于生产性互联网服务，它们对于交通运输部门的安全运行、科学管理意义重大，因此有较大的发展潜力。随着多频段、大容量、广覆盖的卫星互联网的成功部署，生产性互联网服务的机载和船载通信需求将逐步显现出来。届时，它们将带动移动边缘计算、大数据、人工智能等新一代信息技术在交通运输领域同步发展。
除了机载和船载通信，车联网也是卫星互联网在交通运输领域的重要应用方向。特斯拉电动汽车就是SpaceX的目标用户以及生态系统的成员。车联网主要有自动驾驶汽车、车载娱乐（宽带连接和视频流媒体服务）、汽车工业互联网（车辆部件远程管理系统）三大类型应用。
车载娱乐和汽车工业互联网与卫星互联网关系密切，当车辆不在地面通信网络服务区时，将不得不采用卫星互联网。由于预测性车辆诊断和维护、安全检查、远程信息处理等应用不会消耗太多带宽，因此卫星移动通信将是最佳手段，而车载娱乐应用需要较大带宽，它需要得到高通量卫星和廉价电调平板的支持。
3.6
智慧能源全产业链都需要应用卫星互联网
能源开发、生产和传送具有场地分散、过程连续、资产密集等特点，卫星互联网在其中的安全运行保障作用十分突出。以石油行业为例，海上、沙漠和隔壁等地广人稀的地方时常就是勘探、开发和生产场所。
以电力行业为例，“发、输、送、变”等工程一般都是地处偏远。例如，大部分水电站都是在落差很高的山区,工程初期通信条件十分受限。输电线路经常要翻山越岭、跨江过河,不仅地理环境复杂,而且会遭遇自然灾害的破坏。这些地方特别需要发挥卫星互联网的覆盖面广、传输距离远、组网灵活、操作简单等优势，以满足人员生活、作业管理、设备监控、线路巡检、应急保障等方面的话音、数据和视频等综合信息通信需求，而且这些需求需要应用卫星宽带、移动和物联网等多种通信系统。
目前，发展水能、风能、太阳能以及海洋能等清洁能源资源，走低碳绿色发展道路，已成全球共识。建立服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的智慧能源互联网，将成为能源行业的必然发展趋势。为支撑能源互联网的接入与数据传输、动态互联与互动、超远距离监测与管控调度等业务需求，就需要构建空天地协同的一体化通信网络，卫星互联网在其中举足轻重。
04
结语
新冠疫情让人们对新基建和产业互联网有了新的认识，新基建和产业互联网发展将为我国数字经济创造强大的推动力。大广播、远连接和泛存在是卫星互联网的本质特点和技术优势，这决定了它将在产业互联网的多个方面发挥重要的支撑作用。
除了广播电视、内容投递、宽带接入、基站中继、智能交通、智慧能源之外，森林防护、草场保护、环境监测、海洋开发、远程教育、边防安全、应急指挥等领域都要用到卫星互联网。这些应用案例表明，传统高轨大波束卫星通信网络、高通量卫星通信网络、卫星移动通信网络、卫星物联网各有千秋。它们的综合应用和充分发展有望为我国造就一个千亿级的卫星互联网服务产业。
目前，卫星电视直播在卫星通信服务业中仍处于主体地位，我国卫星电视直播的巨大产能有待释放，卫星音频广播商业模式值得探索，卫星内容投递的技术和市场价值需要发掘，宽带接入在普遍服务中的作用需要政策支持和机制设计，通信卫星性价比有待进一步提高。卫星互联网中的数据业务超越视频业务是大势所趋，但我国数据业务市场的培育还需要时间，它必然会面临地面宽带网络的增量易、增收难等问题。
在当下举国上下关注低轨星座和卫星互联网的时刻，卫星通信业内人士必须要对此有清醒的认识，切不可忽视传统高轨大波束卫星的现实商业价值，而去共同追逐目前市场价值有限的新兴业务。
另外，需要指出的是，在天地一体化信息网络时代，在很多应用场景中，都需要综合应用高中低轨卫星网络和地面网络，而且，波束切换、路径选择、带宽整合、速率调整、数据处理、管理控制等应用都需要得到移动边缘计算和平板天线两个技术的支持，它们可以让卫星互联网更好地融入产业互联网。