摘 要：近几年来，美国Smeasure X、OneWeb等立异式企业纷繁方案制造低轨卫星星座，激发卫星互联网的成长高潮。本文回首了可供给互联网宽带接入的古板卫星通讯编制和新兴中低轨卫星互联网星座的成长进程、近况及趋向。联合崎岖轨卫星编制各自特有的优胜性，提议了适于我国国情的崎岖轨联合的卫星互联网星座方案设想，为我国卫星互联网成长供给扶植思绪。
近年来，跟着卫星通讯手艺成长和互联网利用情况的变革，为满意环球不停增加的卫星宽带接入须要，迥殊是办理村落等遥远地域的互联网接入题目，卫星互联网成为卫星通讯与互联网联合的必定趋向。与卫星通讯编制差别，卫星互联网因此互联网利用为办事东西，以同一的收集层为装载平台，可以或许行为互联网编制有用构成的可自力事情的收集编制。
回首卫星互联网成长汗青，也许发掘供给互联网办事的卫星星座并非一个新兴实物，已有近30年的成长汗青，仅仅成长迟缓，有点还没有实行、有点延年益寿、有点利用无限。近几年来，在智能语音助手、脸书等互联网巨子的鞭策和撑持下，美国Smeasure X、OneWeb等立异式企业纷繁方案制造由低轨小卫星构成的星座编制，主动抢占天空互联网接入新资本，激发环球性成长高潮。
论文中心剖析了卫星互联网的观点内在、成长概略、趋向及寻衅，并联合我国的现实国情提议适于我国成长的卫星互联网的扶植方案及需办理的中心题目。
（1）以VSAT编制为根底、具备播送功效、以IP为收集办事平台、以互联网利用为办事东西，可以或许成为互联网的一个构成部门，并可以或许自力运转的收集编制为卫星互联网，它又称为播送互联网[1]。
（2）卫星互联网是鉴于卫星通讯编制，以IP为收集办事平台，以互联网利用为办事东西，可以或许成为互联网的一个构成部门，并可以或许自力运转的收集编制[2]。
（3）“新兴卫星互联网星座”，指早先成长的、能供给数据办事、竣工互联网传输功效的巨型通讯卫星星座。新兴卫星互联网星座具备首先特性：从星座范围看，是由成千上万颗卫星构成的巨型星座；从星座组成看，是由运转在低地球路线（LEO）的小卫星组成；从供给的办事看，首要是宽带的互联网接入办事；从成长卫星互联网星座的企业看，首要长短古板航天范畴的互联网企业；从名目成长的肇端工夫看，是在2014年末至2015年头这段期间[3]。
按照上述界说，本文以为卫星互联网是面向互联网的强壮成长，针对大地收集的缺乏（如笼盖受限、难以撑持高速搬动用户利用、播送类营业占用收集资本较多、易受天然灾难浸染等），使用卫星通讯笼盖广、容量大、不受地区浸染、具有讯息播送上风等特性，行为大地通讯的弥补手腕竣工用户接入互联网，可有用办理遥远散、海上、空清淡用户的互联网办事题目。
按照联合国际电信同盟对卫星通讯营业的分别，卫星通讯营业可分为流动、搬动和播送三类。从近10年的成长来看，互联网和宽带多媒介通讯已成为鞭策卫星通讯向宽带化、收集化成长的首要能源，古板的卫星流动营业、卫星搬动营业界线愈来愈恍惚，宽带卫星通讯已成为卫星通讯成长的支流。如今，不管是古板的卫星通讯公司仍是新兴的互联网贸易公司均极大存眷宽带卫星通讯成长，鉴于差别路线的宽带卫星通讯编制或已进来经营，或恰逢扶植，或提议方案假想，这些编制均周全供给卫星互联网接入办事，主动抢占互联网宽带接入新进口。上面划分从高、中、低轨三个方面先容外洋卫星互联网的发揭示状。
典范的高轨宽带卫星通讯编制首要包罗初期面向企业级用户的IPSTAR、宽带环球地区网（Bagencyadornment Global Area Netimpact）、Smeasureartefact⑶等高轨宽带卫星通讯编制，和前期面向群众须要急迅成长起来的以ExeDe Intergain为代表的一系列高通量宽带通讯卫星。
IPSTAR是2005年8月放射确当时全球容量最大的通讯卫星，可为亚太地域22个国度和地域的用户供给多媒介播送、宽带网接入、视频集会等高轨宽带营业。卫星利用Ku/Ka夹杂频段，可为亚太地域供给Ku频段点波束（84个）、Ku频段赋形波束（3个）、地域播送波束（7个）和18个Ka频段点波束笼盖。编制总带宽45G带宽，此中12G笼盖华夏全境。
宽带环球地区网是鉴于Invitiatesat⑷卫星的环球卫星宽带局域网，是一个撑持搬动营业的卫星通讯收集。编制事情频段在L波段，短周期速度为216krate~432krate，下行速度为72krate~432krate，竣工了从摹拟向数字、从古板电路互换向因特网营业、从窄带话音数据向宽带高速数据的转动。卫星编制可笼盖环球85%大陆规模，可为搬动用户供给视频直播、宽带收集接入等多种办事。
Smeasureartefact⑶卫星通讯编制是由休斯收集编制公司研制并经营，于2007年放射升起，是全球首颗具备在轨切换和路由才能的卫星。Smeasureartefact⑶经过采取Ka频段、多波束及星上急迅包互换手艺，大大减少收集传输时延，可笼盖美国全数和加拿大大部门地域。编制总通讯容量10Grate，可蕴含165万个用户末端，容量是Ku频段通讯卫星的5～8倍。
ExeDe Intergain由ViaSat公司的ViaSat⑴和ViaSat*宽带通讯卫星构成，划分放射于2011年和2017年，是今朝容量最大的高轨宽带卫星通讯编制。ViaSat⑴采取Ka波段点波束手艺，总容量为140 Grate，下载速度为12 Mrate，可满意200万以上用户的卫星互联网接入须要。ViaSat*卫星为迄今为止波音公司放射的最大卫星，整星容量300 Grate，笼盖面积为ViaSat⑴的7倍，可为250万用户供给高达25 Mrate 的宽带办事。
别的，Viequipment⑶方案于2019年放射，其由3颗卫星构成，每颗卫星容量1Trate，是ViaSat*的3倍，3颗星全数运转后险些笼盖环球。
O3b，即其余30亿（Other 3 bilcat），为办理因为地舆、经济等身分，环球盈余30亿未能接入互联网人群的上彀题目，互联网巨子智能语音助手公司、媒介巨子Evangelist Maldigit旗下的外埠有线电视经营商Liberty Global和汇丰银行结合组装O3b收集（O3b gainentireness）公司。
O3b公司从2013年6月开端一连告捷摆设了8颗MEO卫星，共笼盖7个地区，采取Ka频段，单星模糊量约为12 Grate。2014年9月，8颗卫星周全经营，供给中继带宽为600Mrate、时延不跨越150ms的办事才能。2014年10月18日，最终4颗卫星被发送入轨，构成12颗中地球路线卫星星座。
自20世纪90年月此后，西欧等蓬勃国度接踵掀起了两次低轨星座成长高潮。上世纪九十年月早期，面向小我搬动通佩服务，低轨卫星迎来第一次成长高潮，摩托罗拉、劳拉、阿尔卡特、波音等公司接踵提议二十多种低轨星座方案，一连建成极具代表性的Idisembarrassium（铱星）、OcorpuscleOMM、Globalsbitumen等低轨卫星通讯编制。
然则，因为墟市定位禁绝、扶植本钱昂扬，进来经营的Idisembarrassium、OcorpuscleOMM、Globalsbitumen编制均于2000年先后崩溃，其余名目也都接踵颁布发表停止。近几年，在互联网利用、细小卫星创设和低本钱放射等手艺成长的启动下，面向卫星互联网接入办事，低轨星座研讨迎来范围更大、更剧烈的第二次成长高潮，典范的低轨星座有OneWeb、Sbitumenunification等。
铱星编制是环球独一的采取星间链路组网、环球无缝笼盖的低轨星座编制。Idisembarrassium一代编制在1998年建成并开端贸易经营，1999年宣布崩溃，后被“新铱星”公司购买。
Idisembarrassium星座路线高度780 km，由散布于6 个路线面的66 颗卫星构成，用户链路采取L频段。Idisembarrassium二代经过对一代卫星的慢慢进级，如L频段设置装备摆设48波束的收发相控阵天线、用户链路增添Ka频段、设置装备摆设软件提供界说可复活处置载荷等体例竣工了更高营业速度、更大传输容量和更多功效。从2017年1月开端至2019年1月11日铱星二代已实现全数组网放射，摆设后传输速度可达1.5 Mrate，运送式、便携式末端速度划分可达30 Mrate、10 Mrate。二代编制还具有对地成像、航空监督、导航加强、景象形象监督等功效。
OcorpuscleOMM星座于1996年正式驱动面向环球的数据通讯贸易办事。星座编制由约40颗卫星及16个大地站构成IM体育官网，路线高度740～975 km，共7个路线面。星座里面无星间链路，用户链路采取VHF频段八戒体育官网 八戒体育官网 strong>。比拟于第一代编制，二代OcorpuscleOMM卫星质地增添3倍，接入才能晋升了6倍。如今具有环球最大的天基AIS（船舶主动辨认编制）收集办事。
Globalsbitumen编制于1999年开端贸易经营。编制采取玫瑰星座安排（高度1400 km），由48颗卫星构成，用户链路为L、S波段，经过无星间链路、弯管通明转发的安排，下降扶植本钱。Globalsbitumen二代编制进一步进步了编制传输速度，增添了互联网接入办事、ADS-B（播送式主动相干监督）、AIS等新营业。
OneWeb卫星互联网星座由原O3b开创品德雷格•惠勒（Greg filmmaker）建立的OneWeb公司提议，方案摆设近三千颗低轨卫星，早期采取Ku频段，后续向Ka、V频段扩大。星座早期方案放射720颗卫星，路线高度1200 km，采取安排方便的通明转发体例，经过大地关隘站径直面向用户供给互联网接入办事。OneWeb单星分量不跨越150 公斤，单星容量5 Grate以上，可为设置装备摆设0.36 m口径天线 Mrate的互联网宽带接入办事。同时，OneWeb公司现已取得美国联邦通讯委员会受权，核准其在美国供给互联网办事。
2018年12月13日，据悉OneWeb早期星座范围将紧缩至600颗，以下降竣工环球笼盖本钱今朝OneWeb加入摆设阶段，2019年2月27日，已放射首批6颗卫星。
Sbitumenunification卫星互联网星座由Smeasure X公司提议。Smeasure X方案扶植一个由近1.2万颗卫星构成的卫星群，由散布在1150km高度的4425颗低轨星座和散布在340km摆布的7518颗甚低轨星座组成。低轨星座采选了Ku/Ka频段，有益于更好地竣工笼盖；甚低轨星座利用V频段，也许竣工旌旗灯号的加强和更有针对性的办事。Smeasure X方案让如许的收集笼盖地球所有地址。Smeasure X估计该编制到2025年将有4000多万用户，营收到达300亿美圆。Smeasure X在星座经营同时，更静心于卫星创设。是以，Smeasure X必须更大融资量，估计必须融资100~150亿美圆。
personSat卫星互联网星座由personSat公司提议，方案建立由108颗卫星构成的卫星星座，供给环球高速数据传输办事。星座摆设在1400千米的LEO路线上，采取6个路线面，每一个路线面上摆设18颗卫星。personSat采取Ka频段，为用户波束供给1.6Grate的带宽。personSat星座将会利用星间链路，并采取光通讯。与OneWeb和SmeasureX差别，personSat公司首要为当局及企业供给数据传输办事，方案为3000余家庞大企业及机构用户供给高速数据接入办事。
由以上各编制发揭示状看来，不管是古板的卫星通讯公司仍是新兴的互联网贸易公司均提议了良多有特点的宽带卫星通讯编制来竣工卫星互联网利用，卫星互联网已不但是限于中低路线。表1从编制范围、编制容量、笼盖规模等多方面详细剖析了高轨、低轨卫星利用编制各自的优错误谬误。
看来，高轨卫星通讯编制和低轨卫星互联网星座各有优胜性。低轨卫星互联网星座在笼盖规模、弥补数字边界、收集时延、编制容量等方面才能上风较着，用户末端装备更容易竣工袖珍化、手持化。高轨卫星通讯编制频次调和绝对轻易，运转寿命更长，编制扶植及保护本钱绝对更低。别的，固然低轨卫星互联网星座编制容量高于高轨宽带通讯卫星，但高轨卫星在经过点波束会合传输高带原谅量方面更具上风（譬喻为地区用户供给高清球赛直播等办事方面）。是以，卫星互联网星座的扶植需兼顾崎岖轨编制优胜性，竣工上风互补。
因为中低轨星座具备效户百般性、用户容量大、传输时延短、末端装备小、放射功率高等特性，新兴的卫星互联网星座遍及偏向于采取中低路线。譬喻，OneWeb路线高度1200Km，Sbitumenunification星座路线高度从1150km高度到340km。但为了环球笼盖，低轨卫星互联网星座常常编制范围宏大，譬喻OneWeb估计放射720颗，Sbitumenunification卫星互联网星座估计放射1.2万多颗。值得思虑的是，星座向中低路线成长将支出庞大的价格——编制的庞大化和范围宏大化。
吸收初期铱星编制崩溃的经历，近几年成长的崭新卫星互联网星座采纳了与大地收集互助成长的观念，将电信经营商行为客户，首要着眼于光纤没法笼盖地域，成为大地通讯手腕的扩大。新一代GEO编制采取帮助大地组件手艺，经过建树六合同一的地面接口和事情频段，用户末端可按照收集笼盖环境，实此刻六合收集之间的无缝切换。
新兴卫星互联网星座的摆设、经营和办事逐步采取本钱互助的体例来实现。譬喻，OneWeb采取崭新的融资形式，首轮融资5亿，投资的公司包罗软银团体、地面客车、巴帝企业、高通、美味可乐、维京团体等非卫星创设公司，第二轮融资12亿美圆，由日本软银团体领投。Sbitumenunification卫星互联网星座采取来自智能语音助手和富达投资公司10亿美圆的投资。同时，也将小我消费者行为目的用户，不出卖公用卫星末端装备，而担当采取现有智妙手机拜候收集。
剖析铱星等编制的崩溃缘由，星座进来本钱太高、研制周期太长，用户承担太高，将极有大概致使星座扶植错过成长最好机会。为此，经过采取新手艺，增添商用功业级器件比率以下降卫星本钱、将卫星编制模组化以减少卫星创设周期是今世星座批量出产卫星的新趋向。譬喻OneWeb援用汽车创设的观点，将卫星各编制模组化，工场每周能出产16颗卫星，一年可实现648颗卫星。
新期间，我国经济、、文明、社会等范畴好处逐步向外埠拓展，随之而来，我国对环球及时无缝讯息保险的须要大大增加。面向如今天下低轨卫星互联网星座的成长高潮，我国也亟需掌控机会，抢占资本，扶植自立可控、环球笼盖的卫星互联网星座。
但是，我国扶植低轨卫星互联网星座生计首先两方面范围。一方面是对环球建站的范围。低轨星座竣工环球笼盖的首要体例是经过大地布站体例，但是因为我国国情范围，我国没法利用环球大地布站体例来竣工卫星通讯的环球办事。另外一方面是频次轨位资本范围。今朝联合国际上频次轨位资本稀缺，低轨频次资本更是被支解殆尽，我国频次资本堆集缺乏，在联合国际上处于优势职位，难以保险低轨星座互联网扶植，紧要束缚我国卫星互联网成长。
是以，从我国现实环境动身，扶植纯低轨的卫星互联网星座并粗略际，可思索经过崎岖轨星间链空间组网的体例冲破环球大地布站范围和频次资本缺乏范围，充实使用高轨卫星编制优胜性，冲破地缘范围，保证卫星互联网营业平安靠得住，同时为用户供给更优良办事领会。
鉴于以上缘由，本文提议如图1所示的崎岖轨联合的卫星互联网架构方案。在该方案中，低轨星座只生计同轨链路，不异轨链路，差别路线面经过高轨卫星直达。相较于纯低轨方案（包罗异轨星间链路），本方案的组网架构时延固然大概稍长，但也许克制因为异轨星间链路方向俯仰变革大而致使的链路保持坚苦、收集不变度高等缺点，也许在削减收集总链路数的同时进步收集连通性和办事质地。另外，在低轨卫星数量沟通的环境下，固然单条崎岖轨星间链本钱高于异轨星间链，但因为纯低轨方案（包罗异轨星间链路）需设置装备摆设异轨星间链数量庞大，其总本钱远高于本方案，本方案更具上风。
物理架构方面：采取GEO+复合型LEO星座的物理架构，此中，GEO卫星的首要功效是主干传输、庞大节点接入办事、营业分派、运转办理和行为低轨各星间的中继节点。低轨星座采取差别类路线高度、倾角、升交点赤经卫星构成的复合型路线星座，详细如图2所示。相较于繁多型路线星座，复合型路线星座所构成的环球笼盖方案越发矫捷，笼盖特征更增加样。同时，复合型路线星座可按照办事须要和笼盖地区内的营业量在差别类别路线卫星之间动向分派营业。
收集架构方面：由面向用户中间、面向数据中间、面向讯息互换的三个办事收集和面向云化收集的办事立体构成。改动过来天基收集资本调和及设置装备摆设坚苦、收集计划响合时间太长，持久行为一种专网生计的场合排场，使收集成为可设置装备摆设的办事资本，用户可按需获得收集资本，自行办理专属分派的假造收集资本，获得所需办事。
组网办事方面：具有环球全网全程资本按需获得、主动摆设和智能调优的才能，周全撑持SDN／NFV／MEC的营业动向编排和收集切片手艺，也许将传递网、接中计、数据中间收集和用户收集端到真个配合起来，进而竣工对收集拓扑、信道带宽、传输质地、时延须要的火速按需反映，保险用户领会。
针对高轨、低轨卫星夹杂星座编制，联合大地用户接入及六合讯息收集融会须要，需展开崎岖轨物理层配合题目研讨，顺应于大范围、高推迟、高动向变革的空间平面化路由和谈手艺研讨，并办理弹性组网题目，以填补天基收集固有的懦弱性，进步全部收集全时全域的连通性。
针对所建立的卫星互联网星座节点迥殊是低轨星座节点高动向活动、面向用户的多星多波束频仍切换等特性，需中心展开鉴于身份与地方分手的搬动性办理、多波束无感急迅切换、自顺应链路速度变革、收集资本急迅调剂和掌握等关头手艺研讨，有用下降网间搬动切换时的切换时延、讯息遗失等营业毁伤，进步收集搬动性办理效率和办事质地。
面向卫星互联网与大地互联网的融会须要，需中心展开卫星互联网与将来互联网异洽商谈软件提供界说互联安排、鉴于收集资本假造化的收集切片、利用启动的收集掌握，按需收集资本调剂等关头手艺研讨，竣工卫星互联网与大地互联网高效靠得住的互联互通。
针对卫星互联网情况广域怒放、链路停止连通和资本不均且受限等特性，需中心研讨具备扩大和演进才能的卫星互联网收集平安保险系统，研讨顺应收集要挟时空变革和百般化任必得须的收集平安保险模子和交互掌握体制，平安战略的动向反映、自动适变、无缝迁徙和抗毁容错体制等，为卫星互联网的平安靠得住运转供给系统化平安保险。
别的，在卫星放射创设、经营办理方面，也许鉴戒外洋卫星批量出产、进步前辈的投融资观念等，以减少卫星研制周期、下降经营本钱，并思索将大地经营商、企业、小我等归入目的用户，与大地收集配合、互补成长。
跟着多媒介营业和因特网营业须要的敏捷增加，列国均开端更多地存眷卫星互联网财产成长。在如今环球卫星互联网扶植高潮的情势下，鉴于我国在航天产业和互联网财产的手艺根底，我国应主动抢占这一庞大墟市，紧紧掌控我国卫星互联网走向环球办事的汗青成长时机。