新星座、新市場、新話題 —衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該被列入新基建嗎

          2021年7月19日，隨著火箭的轟鳴聲，天啟星座15星成功發(fā)射入軌。星座運(yùn)營方北京國電高科科技有限公司發(fā)布消息稱，天啟物聯(lián)網(wǎng)星座在軌衛(wèi)星達(dá)到14顆，第一階段組網(wǎng)宣告完成，星座的時間重返率達(dá)到1.5小時，地面衛(wèi)星終端的功率降低到0.1瓦，為開展大規(guī)模地面應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)?？梢哉J(rèn)為，這標(biāo)志著中國信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)達(dá)成了一個重大成就。  

          衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)是通過地球軌道上的衛(wèi)星，以相對統(tǒng)一的協(xié)議，在機(jī)器設(shè)備和資產(chǎn)之間建立起通信聯(lián)系，它是萬物互聯(lián)目標(biāo)的一個必要組成部分，也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個不可缺少的有機(jī)構(gòu)成。在信息基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營和研究當(dāng)中，給衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)留出一個恰當(dāng)?shù)奈恢茫蛟S是信息化與工業(yè)化融合的題中應(yīng)有之義。 

          前景廣闊的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng) 

         物聯(lián)網(wǎng)，“聯(lián)”是基礎(chǔ)和前提。目前，地面運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)僅覆蓋陸地的20%，即有人活動的區(qū)域。作為物聯(lián)網(wǎng)主戰(zhàn)場的許多應(yīng)用場景卻發(fā)生在地面運(yùn)營商不能覆蓋的海洋、天空及超過70%以上的陸地，且終端常呈分散狀分布（例如電力設(shè)施監(jiān)測、水資源監(jiān)測、野生動物跟蹤保護(hù)等）。位于太空中、覆蓋范圍比地面基站大得多的衛(wèi)星，恰好能解決這些痛點(diǎn)。 

         因此衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國際發(fā)達(dá)國家和地區(qū)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展熱點(diǎn)，整個行業(yè)正在進(jìn)入爆發(fā)前關(guān)鍵階段。根據(jù)國際主流研究機(jī)構(gòu)相關(guān)報告，到2025年衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值有望達(dá)5600億美元至8500億美元之巨。目前全球比較成熟的低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座系統(tǒng)有美國軌道通信星座（Orbcomm）、法國的ARGOS以及中國的天啟星座。 

         互聯(lián)網(wǎng)星座能否用于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)？ 

         考慮到衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)都是新生事物，它們的概念劃分和知識普及正在進(jìn)行當(dāng)中。 

         應(yīng)該說，這兩者之間存在一定的交叉與重疊。也有相當(dāng)多運(yùn)營商提出了用互聯(lián)網(wǎng)星座來實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的解決方案。但是，從用戶角度來說，這兩個概念是有顯著差異的。 

         衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)以寬帶、高速為主要特征。但實際上，大部分的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用并不需要實時通信和高速率通信。例如：自主周期報告業(yè)務(wù)類型，比如智能公用事業(yè)（煤氣、水、電）測量報告，智能農(nóng)業(yè)，智能環(huán)境監(jiān)測等，僅需要上行較小數(shù)據(jù)量（百字節(jié)量級），發(fā)送周期多以天、小時為單位；網(wǎng)絡(luò)指令業(yè)務(wù)類型，如開啟、關(guān)閉，設(shè)備觸發(fā)發(fā)送上行報告等，下行僅需要極小數(shù)據(jù)量需求（10字節(jié)數(shù)量級），周期多以天、小時為單位。這兩種服務(wù)類型已經(jīng)覆蓋了大部分物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。 

         類似美國Orbcomm、中國天啟星座這樣的非實時、窄帶通信星座，僅需要幾十顆衛(wèi)星就可以覆蓋全球，與動輒幾百上千、甚至數(shù)萬顆的低軌互聯(lián)網(wǎng)星座相比，建設(shè)成本低、建設(shè)周期短，甚至在星座尚未部署完成時，利用少量衛(wèi)星就可以開展業(yè)務(wù)，可謂“經(jīng)濟(jì)實用”。在過去幾年的時間里，天啟星座的運(yùn)營商——北京國電高科科技有限公司就是這樣做的，不斷發(fā)射新衛(wèi)星的同時，他們積極拓展國內(nèi)外市場，在智慧農(nóng)業(yè)、水資源監(jiān)測、電力監(jiān)測、煤礦水文、集裝箱運(yùn)輸、森林防火等領(lǐng)域都取得了諸多應(yīng)用成就。如今，星座第一階段組網(wǎng)完成后，時間重返率達(dá)到1.5小時，無論速率還是發(fā)送周期，完全能夠滿足大部分物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的需求，星座的應(yīng)用推廣即將進(jìn)入爆發(fā)期。 

         物聯(lián)網(wǎng)終端強(qiáng)調(diào)低功耗、低成本。這類終端需要大量部署，數(shù)量未來將達(dá)到百億級別，如果運(yùn)營商及設(shè)備提供商不能實現(xiàn)終端的低成本化，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域就難以獲得大規(guī)模的應(yīng)用。我們可以對比一下，美國太空探索技術(shù)公司的星鏈系統(tǒng)和一網(wǎng)公司的星座，因為衛(wèi)星數(shù)量多、飛行高度低，可以支撐體積較小的用戶終端。但即使這樣的終端，對大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，還是顯得體積太大、功耗太高、價格太高。 

         中國可用于物聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星系統(tǒng)不僅僅是天啟星座。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同樣具備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的潛力。北斗星座獨(dú)特的短報文功能，使北斗終端可以進(jìn)行文本和數(shù)據(jù)的交換，這是其他所有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)都不具備的功能。歐洲一些大型航空航天應(yīng)用企業(yè)為了達(dá)到同樣的功能，需要把GPS星座/伽利略星座和銥星星座結(jié)合在一起，才能夠?qū)崿F(xiàn)類似的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。 

         此外我國的移動通信系統(tǒng)天通一號星座也能夠開展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。天通一號星座位于大約3.6萬千米的地球同步軌道，依靠少數(shù)幾顆衛(wèi)星就能覆蓋全球，并且沒有重訪時間的限制。但是由于通信距離遠(yuǎn)，對用戶地面設(shè)備的發(fā)射功率和天線尺寸有一定的要求，因此定位于對時間重返率敏感的高端市場。 

         與3.6萬公里高度的天通一號及2.2萬公里的北斗衛(wèi)星相比，低軌物聯(lián)網(wǎng)星座的地面終端能夠做到更小、更低功耗、更低成本，似乎更加貼近物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的規(guī)?；踔料M(fèi)級市場。隨著星座建設(shè)和研發(fā)工作的順利推進(jìn)，天啟星座的終端性能不斷大幅度提高，而且價格不斷下降。到目前為止，天啟星座已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星終端運(yùn)行功率僅0.1瓦（100毫瓦），也就是說一臺能夠與低軌道衛(wèi)星通信的物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星終端，它的功耗還不到手機(jī)背后的一盞照明燈，用小型鋰電池甚至幾節(jié)干電池供電，就可以工作幾個月甚至幾年時間，這對于大量“無人值守”型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能不能開展起來，是決定性的。同時，低功耗，意味著天線尺寸、功放尺寸、電源功率和尺寸都可以更小。進(jìn)而，衛(wèi)星和終端的整體尺寸、重量、價格也可以降低到一個前所未有的程度。這為沒有地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋的航海、航空、邊遠(yuǎn)地區(qū)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了良好的物質(zhì)條件。 

         中國發(fā)展衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)水到渠成 

         中國在發(fā)展衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)方面具有良好的基礎(chǔ)條件。 

         作為窄帶衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座。天啟星座計劃于2022年年底前完成全部38顆衛(wèi)星的組網(wǎng)，將實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)星座系統(tǒng)的全球覆蓋，時間分辨率達(dá)到實時，地面終端的功耗更是低至0.05瓦?？梢云诖?，屆時隨著天啟星座為更多行業(yè)和領(lǐng)域提供優(yōu)質(zhì)的全球物聯(lián)數(shù)據(jù)通信服務(wù)，國內(nèi)的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)乃至整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，都能夠登上一個新的臺階。 

         中國的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用擁有良好的硬件基礎(chǔ)，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營，讓國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界和應(yīng)用界有了極好的條件，去開發(fā)各類終端應(yīng)用和商業(yè)模式。最終，低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)與高軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)、低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將共同與地面5G等移動通信系統(tǒng)等實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合和互補(bǔ)發(fā)展，更好地實現(xiàn)我國天地一體化信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。 

         中國在開展衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面具有良好的市場基礎(chǔ)。中國是現(xiàn)在世界第一大制造業(yè)國家，在疫情以來的一年多時間里，中國幾乎是靠一己之力，撐起了全球的主要生活必需品生產(chǎn)以及抗疫物資生產(chǎn)，為人類走出疫情、重建經(jīng)濟(jì)社會秩序產(chǎn)生了決定性的影響，相信這樣的趨勢在今后幾年內(nèi)還將繼續(xù)持續(xù)下去。這樣的世界性責(zé)任，推動著中國制造和物流業(yè)向更高效、更靈活、更敏捷、更安全的方向大步邁進(jìn)，而衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)就是其中一項不可缺少的信息化手段。 

         衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的尷尬局面：目錄之外 

         然而人們可能會提出疑問，既然衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)有如此巨大的現(xiàn)實意義和潛在發(fā)展?jié)摿?，那么人們?yōu)槭裁春苌俾牭叫袠I(yè)媒體和公眾媒體討論這個詞匯呢？這就需要指出一個多少讓人有點(diǎn)意外的實際情況，雖然物聯(lián)網(wǎng)以及衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)都已經(jīng)被列入十四五期間的新基建發(fā)展規(guī)劃，但是衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)卻并沒有名列其中。 

         有些學(xué)者指出，物聯(lián)網(wǎng)既然是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和發(fā)展，那么衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)也應(yīng)當(dāng)被列入衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的范疇，加以研究和發(fā)展和規(guī)劃。另有一部分學(xué)者認(rèn)為衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的一種實現(xiàn)形式，那么應(yīng)當(dāng)在物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃當(dāng)中對它加以考慮。 

         但是必須指出，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)和上述兩種概念之間雖然有著很大的重合性，卻也不能完全看作是同類事物。事實上它在兩個領(lǐng)域之間的交叉與跨越，正體現(xiàn)了衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)。 

         我們討論幾個現(xiàn)實問題，首先衛(wèi)星是一種在全球范圍內(nèi)運(yùn)營的星座，尤其是低軌道衛(wèi)星。它不能夠按照5G概念下的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，來簡單地加以討論，目前的物聯(lián)網(wǎng)主流是采用地面無線通信手段來解決通信連接的問題，比如說采用4G或者5G技術(shù)來實現(xiàn)物與物之間的連通。依托公眾網(wǎng)絡(luò)，這樣的技術(shù)手段已經(jīng)能夠在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)達(dá)到比較好的覆蓋，但是對于移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)之外的地域，比如南極、北極和廣大的海洋，這兩種技術(shù)都是不能發(fā)揮作用的。 

         因此我們有必要把衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)作為一種獨(dú)立的概念提取出來，加以研究和規(guī)劃。

         一帶一路的必要信息基礎(chǔ)設(shè)施

         需要指出，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)對今天的中國經(jīng)濟(jì)、對于“一帶一路”倡議來說，并不是可有可無的東西，而應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是一種非常必要的信息基礎(chǔ)設(shè)施。特別是在連接一帶一路國家的海上航路、空中航線、建設(shè)工地，有沒有衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的支持，決定了智能化是不是能開展起來，也在很大程度上決定了“一帶一路”倡議的信息化程度。另外，在部分地區(qū)陷入政局動蕩的時候，如果有衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的支持，不但能夠保證貨物運(yùn)輸?shù)目煽?、受控，在有些時候也能夠為人道主義活動和人員安全提供重要的備份手段。 

        因此天啟星座第一階段的部署完成，為人們提供了一個很好的機(jī)會，去從國家層面探討和研究，是不是應(yīng)該把衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)列入重要的新型國家基礎(chǔ)設(shè)施。如果這場討論能夠得到令人滿意的結(jié)果，不但能夠有效促進(jìn)中國社會經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的發(fā)展，也能夠為國家提供又一種行之有效的中國標(biāo)準(zhǔn)的全球信息化手段。