齊旭

當前，個人、行業(yè)、政府等越來越多類型的用戶正在深度接入互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，引發(fā)互聯(lián)網(wǎng)流量爆發(fā)式增長的同時，也對互聯(lián)網(wǎng)接入服務質量提出了更高要求。面對用戶愈發(fā)旺盛的用網(wǎng)需求，運營商需要提供突破地形地表限制的高速率、低延時、廣覆蓋的“大時空尺度”寬帶互聯(lián)網(wǎng)。

日前，中國聯(lián)通分別與華為和銀河航天簽署了“空天地一體化戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議”，計劃分階段突破地表地形的束縛，開展地面通信系統(tǒng)與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的互補合作和融合發(fā)展，使用戶逐步進入“全球全域的寬帶互聯(lián)網(wǎng)”時期。這一聽起來如此宏大的概念性網(wǎng)絡建設究竟如何實現(xiàn)？落地后將賦能多少應用場景？目前面臨著哪些技術困境？

“空天地一體化”并不是新概念

非地面網(wǎng)絡和地面移動網(wǎng)絡相互賦能，有助于運營商實現(xiàn)低成本的全域泛在覆蓋，挖掘全新應用市場。

根據(jù)世界銀行發(fā)布的數(shù)據(jù)，全球仍有超過三十億人口尚未接人互聯(lián)網(wǎng)，由于成本和鋪設難度等原因，傳統(tǒng)的地面通信骨干網(wǎng)在海洋、山區(qū)、沙漠、極地等苛刻環(huán)境下的覆蓋率極低。因此，能夠建設突破地形地表限制的高速率、低延時、廣覆蓋的“大時空尺度”寬帶互聯(lián)網(wǎng)具有重要價值。

賽迪智庫無線電管理研究所副研究員周鈺哲向《中國電子報》記者表示，實施“空天地一體化融合組網(wǎng)”是5G和后5G時代天地一體化通信的必然要求，5G空天地一體化網(wǎng)絡將成為未來我國通信網(wǎng)絡的重要發(fā)展趨勢。

實現(xiàn)5G空天地一體化網(wǎng)絡融合需要結合地面通信和衛(wèi)星通信等多種手段，來為用戶提供更加優(yōu)質的服務，將二維地面網(wǎng)絡與近地三維衛(wèi)星通信網(wǎng)絡進行融合與升級。近地衛(wèi)星和各種飛行器組成的非地面網(wǎng)絡提供偏遠地區(qū)、海洋、空域等立體的網(wǎng)絡覆蓋能力，協(xié)助地面網(wǎng)絡實現(xiàn)全域泛在化覆蓋;地面移動網(wǎng)絡提供基礎的大數(shù)據(jù)存儲與處理能力，并利用高數(shù)據(jù)傳輸速率提升大部分陸地區(qū)域的數(shù)據(jù)傳輸效率。二者相互賦能，有助于運營商實現(xiàn)低成本的全域泛在化覆蓋，挖掘全新應用市場。

中國聯(lián)通作為我國三大電信運營商之一和重要的衛(wèi)星固定業(yè)務運營商，日前展開了和華為和銀河航天的戰(zhàn)略合作。對于此次合作，賽迪顧問物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究中心高級分析師劉暾表示，三方的合作可謂是強強聯(lián)合，預計中國聯(lián)通將在地面通信網(wǎng)絡和行業(yè)應用中發(fā)揮牽引作用;通信設備商華為將憑借自身在終端、物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務中的固有優(yōu)勢，成為空天地一體化網(wǎng)絡優(yōu)先落地的應用場景;銀河航天作為我國民營航天的優(yōu)秀企業(yè)，將發(fā)揮在衛(wèi)星平臺、有效載荷研制及地面系統(tǒng)建設等方面的優(yōu)勢。“這種以央企帶頭拉動民營企業(yè)參與的合作模式十分明智，且將成為行業(yè)內(nèi)的信號?！眲㈥照f。

中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院戰(zhàn)略規(guī)劃研究部咨詢師劉潔向《中國電子報》記者指出，空天地一體化網(wǎng)絡融合發(fā)展并不是一個新興概念，能打破通信基礎設施由于空間分布不同帶來的業(yè)務和服務的隔閡;如能起到優(yōu)化資源配置的作用，融合服務還能有效避免天基和地基通信服務之間由于激烈競爭帶來愈演愈烈的降價和利潤率降低的問題。

“國際通信衛(wèi)星公司、歐洲衛(wèi)星通信公司、天空完美日星公司等衛(wèi)星運營服務商在融合服務方面已經(jīng)進行多種嘗試并積累了成功的經(jīng)驗，向用戶提供融合空天地通信網(wǎng)絡資源的解決方案。由于融合服務可以帶來更好的用戶體驗、更高的通信設施使用效率和效益，緊密的協(xié)同合作使衛(wèi)星通信和地面通信運營和服務商的市場競爭力均得到增強。”劉潔說。

此前，記者在采訪中了解到，有證據(jù)表明SpaceX的低軌衛(wèi)星星座計劃STARLink背后有著美國軍方“空天地一體化網(wǎng)絡融合發(fā)展策略”的目的，美國國防服務部門明確表示計劃在三年內(nèi)測試STARLink的衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡，以評估是否符合美軍的數(shù)據(jù)傳輸需求。

邊緣計算賦能空天地一體化組網(wǎng)

空天地一體化網(wǎng)絡對MEC能力的需求主要包括降低時延、節(jié)省后向帶寬、緩存、內(nèi)容分發(fā)等方面。

在空天地一體化網(wǎng)絡建設中，低軌衛(wèi)星是技術門檻較高的部分。根據(jù)中國聯(lián)通發(fā)布的《空天地一體化通信網(wǎng)絡白皮書》（以下簡稱《白皮書》），大型低軌衛(wèi)星星座是當前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢，通過增加衛(wèi)星數(shù)量可以大幅提升系統(tǒng)容量。目前已經(jīng)有多個國家提出了低軌衛(wèi)星計劃，頻軌資源競爭激烈。

在打造空天地一體化融合網(wǎng)絡中，衛(wèi)星將如何發(fā)揮作用？空天地一體化組網(wǎng)關鍵部分在于打造基于“5G標準”的低軌寬帶通信星座。銀河航天合伙人、副總裁劉暢在《中國電子報》記者采訪時表示，低軌寬帶通信星座一方面作為地面基站和光纖網(wǎng)絡的融合補充，可以與地面的5G網(wǎng)絡透明連接，讓用戶無感切換天地5G網(wǎng)絡;另一方面可為地面5G基站提供數(shù)據(jù)回傳等服務。

然而，劉暾指出，低軌衛(wèi)星在端到端通信時的時延高達30毫秒，雖然遠小于中軌和高軌衛(wèi)星的時延，但也無法達到5G標準，此外衛(wèi)星的容量成本也遠高于地面網(wǎng)絡，因此有必要引人多接入邊緣計算（MEC）技術。

根據(jù)《白皮書》，空天地一體化網(wǎng)絡對MEC能力的需求主要包括降低時延、節(jié)省后向帶寬緩存、內(nèi)容分發(fā)等方面。

降低時延方面，引人MEC設備將減少地面網(wǎng)絡傳輸時延、避免星地節(jié)點間不必要的通信交互，可以在保障業(yè)務連續(xù)性的同時有效降低業(yè)務傳輸時延;節(jié)省后向帶寬方面，在空天地一體網(wǎng)絡中，本地采集的業(yè)務數(shù)據(jù)需要占用大量的衛(wèi)星中繼或地面回傳帶寬，如果將遠端云化數(shù)據(jù)中心能力下沉到數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)顯示終端或業(yè)務數(shù)據(jù)流轉的本地范圍，可以節(jié)省大量衛(wèi)星中繼或地面回傳帶寬;緩存方面，在空天地一體網(wǎng)絡邊緣部署MEC緩存能力，不僅可以依據(jù)用戶業(yè)務需求對網(wǎng)絡資源和集中式云化數(shù)據(jù)中心服務能力進行預判和反饋，還能夠緩解空天地一體網(wǎng)絡傳輸性能抖動對用戶業(yè)務體驗的影響;CDN內(nèi)容分發(fā)方面，引入MEC之后，CDN能力將進一步下沉到空天地一體網(wǎng)絡邊緣，使能高帶寬內(nèi)容邊緣分布式部署，有效降低空天地一體網(wǎng)絡衛(wèi)星中繼與地面回傳成本及中心節(jié)點壓力。

機遇與挑戰(zhàn)并存

空天地一體化網(wǎng)絡涉及到多個通信系統(tǒng)，節(jié)點繁多復雜，對整個通信設備產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求。

未來，隨著非地面網(wǎng)絡和地面移動網(wǎng)絡協(xié)議和設備的逐步融合、相互賦能，設備形態(tài)與功能實體劃分與共享將逐步明確，新的網(wǎng)絡業(yè)務有望開拓出更廣闊的應用場景，為公眾和行業(yè)提供真正無縫泛在的高速業(yè)務體驗。

在劉暾看來，面向行業(yè)客戶，空天地一體化通信網(wǎng)絡將具有傳輸覆蓋廣、不受地理環(huán)境限制、可靠性高等特性，有望為行業(yè)客戶提供更加優(yōu)質的專網(wǎng)服務。

“對于需求市場，行業(yè)用戶是不可忽視的龐大用戶群體之一，涉及到許多跨國跨地區(qū)的行業(yè)，包括證券金融領域、區(qū)塊鏈安全加固場景、應急通信、海洋與航空等立體通信。這些場景要么對通信保密性要求高、對時延抖動敏感，要么則需要避免受到地理環(huán)境和自然災害等影響。”劉暾說。

根據(jù)《白皮書》，由于空天地一體化網(wǎng)絡涉及到空天地海復雜的通信環(huán)境和多個通信系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡，節(jié)點繁多復雜;同時，由于多個通信系統(tǒng)的運營者不同，需要設計安全、可靠、高效的網(wǎng)絡接口，以實現(xiàn)網(wǎng)絡的深度、安全融合。因此對整個通信設備產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求。

在周鈺哲看來，空天地一體化融合組網(wǎng)還需要攻克技術和資質兩方面的難題。技術方面，要想做到地面5G網(wǎng)絡和非地面網(wǎng)絡信號的無感切換，一是要重新設計兼容的星地通信協(xié)議，比如優(yōu)化通信系統(tǒng)間的切換流程;二是要考慮智能、高效的頻率共享與干擾消除方法，以應對每條鏈路上都不同的數(shù)據(jù)速率需求;三是要實現(xiàn)衛(wèi)星等非地面通信設備小型化和輕量化設計，非常容易受到非地面通信網(wǎng)絡的載荷限制。

“資質方面，希望國家能盡快出臺更多優(yōu)惠政策，鼓勵衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)公司和社會資本加入一體化融合組網(wǎng)進程中來，這樣將有助于帶動共享基帶、天線、芯片、軟件等各個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。”周鈺哲說。