卫星互联网应用特征与服务场景探讨*

［解宁宇 陈任翔 马广辉］

1 概述

卫星互联网是信息技术和航天技术交叉的新兴领域，通过与地面移动网络的深度融合，可将互联网从地面扩展至全时空覆盖，蕴藏着巨大的民用和军事价值[1]。与HTS卫星概念类似，从目前的产业发展方向来看，卫星互联网可以分为高轨宽带卫星互联网和中/低轨宽带卫星互联网[2]，高轨宽带卫星互联网具有单星覆盖面积大、技术成熟、端成本低等优点[3]，而中/低轨宽带卫星互联网具有时延低、全球覆盖、全球漫游等优点[4]。

2 卫星互联网应用服务特征

目前，地球上超过70%的地理空间，涉及30 亿人口未能实现互联网覆盖[5]。卫星互联网具有全球无缝覆盖、高速大带宽、低时延、高移动性、快速部署等特点[6]，是解决地球“无互联网”人口数字鸿沟的重要手段之一[7]，是实现网络信息地域连续覆盖普惠共享的有效补充[8]。

（1）高速大带宽

巨型星座，卫星数量多，星座整体总容量在几Tbit/s到几十Tbit/s[9]，单个用户速率远高于高轨卫星，可以与地面固定宽带和4G 相媲美，未来将进一步和5G 进行深度融合[10]。以Starlink 为例，在美国正在快速接近100 Mbit/s的下载速度，远好于高轨卫星，只比固网宽带落后约13%[11]。

（2）低时延

卫星宽带典型的高轨卫星传输往返时延的理论值为500 ms 左右，加上数据处理时延等因素之后，实际往返时延约600 ms[12]。而OneWeb、Starlink 等低轨卫星轨道高度约为高轨卫星的1/30，其往返时延有望控制在30 ms 以内，接近地面光纤网络的水平。对于网络游戏、金融交易、虚拟现实等时延敏感业务，低轨星座明显优于高轨卫星[13]。

（3）泛在覆盖

传统地面通信骨干网在海洋、沙漠及山区偏远地区等苛刻环境下铺设难度大且运营成本高，通过部署传统通信骨干网络在互联网渗透率低的区域进行延伸普及已存在现实障碍。相对而言低轨星座具有“居高临下”优势，可面向全球全域提供信息通信服务，因此具备全球全域互联网接入能力。建设卫星互联网是解决地球“无互联网”人口数字鸿沟的重要手段，是实现网络信息地域连续覆盖普惠共享的有效补充[14]。

（4）高移动性

在飞机、高铁等高速交通工具上的上网体验不好，飞机机舱内不能上网，高铁列车上手机信号时断时续，其主要原因是由于地面移动网络无法实现全面覆盖，即使能覆盖、但跨越不同区域导致切换过于频繁，难以为高速交通工具提供服务。低轨星座可以为高铁、飞机等移动载体在高速运动过程中提供卫星通信保障，通过多波束无缝切换配合机载、高铁终端的自动跟踪捕获功能，可以为航空、铁路等各类高速交通工具上的乘客联通世界，彻底改善上网体验[15]。

（5）快速部署

当出现各种类型的重大灾害或突发时间对地面通信构成致命打击时，低轨星座的作用和地位就能得到充分的显现。作为一种有着独特优势的通信方式，低轨星座在应急管理的实际应用中可以起到极为有力的支撑作用。低轨星座的基础设施受地面的环境影响与地面通信相比要小很多，即使在地面通信的光缆和基站等通信基础设施受到全面损毁的情况下，低轨星座在短时间内得到快速部署，成为保障应急通信的主角[16]。

（6）信息安全可靠

通过星间链路实现卫星之间的信息传输和交换，多颗卫星可以互联在一起，成为一个以卫星作为交换节点的空间通信网络，降低了低轨星座系统对地面网络的依赖，减少信息被窃取的环节，信息安全可控。另外，凭借星间链路的优势，通信系统可以减少地面信关站的设置数量、扩大覆盖区域、实现全球测控等，而且信号在星间链路传输时可有效避免大气和降雨导致的衰减，形成相对独立的通信星座系统或数据中继系统[17]。

3 卫星互联网服务场景

（1）公共服务场景

卫星互联网公共服务采用“公网公用模式”，主要面向C 端用户，包括固定宽带接入用户、车载动中通用户、渔船和海上中小型船只、每个用户一般配置一套卫星互联网终端，通过卫星互联网网络接口，用户可以用以太网口或WIFI 的形式在手持终端或PC 上，进行图片、语音、视频等数据信息的传输和互联网访问，在部分地区由于低轨卫星互联网30～80 ms低时延的特性，可以进行在线游戏，使得用户在偏远地区、海上以及飞机内体验与陆地城市一样的通信服务，用户通过购买终端和服务套餐的形式享受卫星互联网上网服务。服务模式架构如图1 所示。

图1 卫星互联网公共服务模式架构

（2）政企服务场景

卫星互联网的政企服务采用“公网专用模式”，主要面向B 端和G 端用户，政企的总部、外地办事机构或分公司可分别通过大口径固定终端接入卫星互联网，终端与政企内部的有线或Wi-Fi 网络相连接；信关站后端的核心网通过虚拟化技术为各政企部门建立独立的切片，实现逻辑隔离；各地的政企雇员可以用以太网口或WIFI 的形式接入政企专网，通过卫星互联网实现异地的互联互通，在PC 或手机上进行办公、数据信息的传输或在线视频会议等。低轨卫星互联网的高传输速率，使得政企专网能够快速同步异地数据；30～80 ms 的低时延，可支持异地雇员进行高效的在线会议；逻辑隔离的核心网使得政企专网在数据和访问方面具备安全性。服务模式架构如图2 所示。

图2 卫星互联网政企服务模式架构

（3）行业专网服务场景

卫星互联网行业专网服务采用“专网专用模式”，主要面向工业互联网行业的工业控制和自动驾驶等业务场景，包括大型打印机、数控机床、包装设备和工业园区的室外摆渡车等。行业专网的室内网络和室外小范围网络通过固定终端接入卫星互联网，终端与室内有线、Wi-Fi 网络或5G 专网基站相连接，工业设备和无人车辆通过以太网口、WIFI 或5G 专网CPE 接入网络；大型的室外工业设备和车辆也可直接通过小口径低轨卫星终端直接接入，实现远程的工业过程控制和运动控制。为保障工业控制的超低时延和高可靠性，低轨卫星互联网会为行业专网提供端到端的网络切片方案，包括频率资源的切分，卫星、信关站和核心网的网络切片，针对低时延的单跳落地等，以满足不同行业专网对带宽、低时延、高可靠、大连接的需求差异。服务模式架构如图3 所示。

图3 卫星互联网行业专网服务模式架构

4 结束语

以低轨卫星互联网星座为代表的的卫星互联网具备了6G 时代大带宽、低时延、高可靠性、超大连接的能力，未来将会在空天地海一体化网络中扮演着重要的角色，与地面网络一起加速人机物智慧互联、虚拟与现实深度融合的全新6G 时代，最终实现“万物智联、数字孪生”的美好愿景。