天地一体化信息网络应用运营发展研究
本文围绕卫星互联网产业展开分析与总结：
引言
卫星互联网起源于20世纪60年代通信卫星系统，并经历了从全球部署到融合发展的三个阶段（全球部署期、融合期及宽带期）。其本质是以卫星通信承载互联网络，并通过天地一体化技术实现与地面通信网络的深度融合。
卫星互联网演进
卫星互联网从全球部署（第一代）到融合发展（第二代）再到宽带接入（第三代），实现了从单一通信到多功能集成的能力提升。例如，“一网”、“星链”等星座计划推动了低轨高通量星座的发展。
产业链分析
卫星互联网产业涵盖上游制造（芯片、平台）、中游发射服务及管控（平台与业务统一管控）、下游地面设备制造与应用服务（云服务及数据产品）。其中，“互联网+”理念推动了产业链上下游协同发展。
天地一体化信息网络
该网络以天地融合为核心，在通信服务（移动/宽带/物联）、导航增强及网信服务等方面构建基础业务体系。其运营模式强调多渠道协同用力及投入产出比优化，通过政策引导与技术创新提升服务质量。
发展建议
重点优化投入产出比，在需求端深耕行业应用，在服务端提升QoS，在成本端降低用户负担，在基础研究上推动产业融合与技术创新。
摘要
关键词**：** 天地一体化信息网络 ; 卫星互联网 ; 卫星通信 ; 卫星应用
1 引言
1964年东京奥运会首次通过通信卫星系统实现了全球实况直播,从此标志着 satellite communication 进入市场化应用与运营的新时代.相比之下, satellite communication 领域的应用运营发展之路充满坎坷,布满荆棘.近年来,随着 low-track satellite constellation 和 high-throughput satellite payload 等技术的不断推进,基于 satellite communication 的 satellite internet 正迎来了历史性的发展机遇期.国外方面, satellite internet组网计划加速落地,"星链"（Starlink）与 "一网"（OneWeb）两大具有代表性的 satellite星座均计划于2021年后全面提供全球服务.我国在 low轨道 satellite system 技术方面已逐步完善,天地一体化信息网络等多个 satellite星座项目的实施与部署正稳步推进中,但目前 satellite internet产业整体仍处于初步发展阶段.对国外 satellite internet商业模式的研究和深入剖析将会为我国这一新兴领域的发展带来诸多有益启示,从而有效促进国内 satellite internet运营模式的成熟和完善.
2 卫星互联网产业发展现状
2.1 卫星互联网的本质
卫星互联网本质上就是"依附于卫星通信而形成的互联网络"（Internet Over Satellite Communications）。其核心是依附于卫星通信构建而成的通信链路。通过接口和协议实现了网络组网，并能够承载多种网络信息服务。
基于卫星通信网络构建的互联网在应用运营层面必然面临限制，在这种情况下必须与地面通信网络深度融合以实现协同发展。为了满足用户需求，在确保技术可行性的同时应当努力形成一个用户侧相对"透明"的信息网络资源，并实现天地一体化的目标协同。通过这种方式可有效推动"互联网+"产业生态体系的整体构建和发展路径。研究发现自"卫星互联网"概念提出以来就已开始遵循天地一体化的发展规划
图1 卫星互联网与天地一体化信息网络的关系
由构建基于卫星通信系统的平台形成的互联网资源库，在功能定位上与现有的地面通信网络实现了高度协同，在广域覆盖能力、高速数据传输性能以及应急避险响应效率等方面具有显著优势，并能在极短时间内实现对偏远地区、海上平台以及空域空间等复杂场景的快速接入服务支持。因此该技术体系已成为当前全球信息基础设施建设与航天技术发展的重要战略方向和竞争焦点
2.2 卫星互联网演进
全球卫星互联网的发展经历了三个关键阶段，在与地面通信网络的互补发展中逐步扩展，在原有基础上进行技术延伸，并实现与其深度融合。该过程及其相关内容详见图2
图2 卫星互联网演进
二十至二十一世纪初期间，“铱星”星座作为摩托罗拉公司主导的一个重要星座计划被提出。该星座通过由66颗低轨卫星构建成了一个全球覆盖的卫星通信网络。这一阶段的主要特色是为用户提供语音、低速数据等多种基本服务需求。伴随地面通信系统的快速发展，在通信质量和收费标准方面，“铱星”星座展现出明显优势。然而，在与不断完善的地面通信网络展开竞争的过程中，“铱星”的优势逐渐被削弱
该领域内，在2000至2014年间，“新铱星”（Iridium Next）、“全球星”（Globalstar）以及“轨道通信”（Orbcomm）等卫星通信技术被发展出来，并且其定位作用主要功能是对现有地面通信系统的辅助和完善
自2014年以来，以OneWeb公司及SpaceX等为代表的多家企业纷纷投入资源推动构建新型卫星互联网星座体系；在此过程中，该领域的研究者们不断深化与地面通信系统的协同创新实践；通过持续的技术研发与优化升级，卫星工作频段已提升至更高水平，并朝着高通量方向稳步推进；这一进程正逐步迈向高速宽带互联网时代
2.3 产业形势分析
全球卫星产业规模从2010至2019年间持续扩大，在2019年达到286亿美元，并同比增长了3.2%。根据图3所示的数据分布情况可以看出，在该年的数据统计中呈现出明显的行业特征分布模式。具体而言，在该年的细分领域（如图4详细展示）中可以观察到：卫星运营服务与地面设备制造始终占据着主导地位，并且在当年的市场占比就已经达到了90.7%。
图3 全球卫星产业规模
图4 2019年全球卫星产业细分结构
2.3.1 全球部署概况
目前，“一网”公司、O3b、“太空探索技术”公司等多家国际企业均已宣布启动卫星互联网战略项目。“太空探索技术”公司的“星链”项目组网规模位居全球第一；作为全球最大的商业卫星运营商，“太空探索技术”公司已完成第十六批60颗卫星的成功部署任务。“星链”星座工程自2020年11月25日正式投入运行以来，在不到两年时间里已累计实现953颗卫星组网部署。
基于空间基础设施建设、资源配置、服务体系规划以及市场化机制探索等多领域国家政策（如图5所示）的支持下,我国卫星产业实现了稳步增长.自2017年起,天地一体化信息网络等多个近地轨道卫星星座计划陆续启动.
2.3.2 产业链分析
该产业链主要包含上游环节中的卫星制造与发射服务两大领域，在中游阶段则涵盖了卫星管控、 satellite operation 以及 ground equipment manufacturing 等环节；而整个产业链的终端应用群体则广泛分布于政府客户、行业客户及个人用户等不同层次需求群体中；具体情形可见图6。
涉及的环节包括星上电子元器件（指安装在工作horse上的各种电子设备）、卫星平台（涵盖控制系统组、推进组以及多种功能模块）、卫星载荷（涵盖移动通信类负载器如手机终端设备）、宽band类负载器如数字通信设备以及基于地面物联网的负载器如遥感设备等；这些具体的载体类型还包括中继类负载器用于维持通信链路以及监视类负载器用于执行监控任务。
（2）卫星发射环节包括运载火箭研制和发射服务提供。
（3）卫星环节涉及平台管理和业务操作。在产业链上层和中层之间担任关键角色，在这一位置上对平台进行管理处于上层位置；而处理载荷相关的业务则位于中层位置。当前领域呈现出将平台管理和业务流程相融合的趋势
（4）地面设备制造环节包含地面运维系统、应用网络以及终端设备三大模块。具体来说：
- 地面运维系统由天线系统组、发射与接收系统集成组以及信道终端集成组组成；
- 应用网络涵盖电信综合信息港、数据中心集群等基础支撑平台；
- 终端设备则包括芯片级相关组件、固定通信站台（卫星地面固定站）、移动通信终端节点（卫星移动终端）、卫星无线电设备以及卫星物联网终端等各类末级设备。
图5 2014年以来我国卫星行业相关政策
图6 卫星互联网产业链
（5）卫星运营环节涵盖的产品类型主要包括三种类型：产品服务、解决方案以及定制化
service。具体来说，在 product
service 方面，则涵盖了移动通信
service 和宽带
service 等基础业务；
同时还有中继
service 提供网络传输支持；
此外还包括数据
product 和云计算
product 两大类。
上述卫星互联网产业链5个环节中，在上下游产业链持续向高质量和高价值方向发展的过程中，“卫星运营服务”扮演着关键推动因素的角色。应用拓展情况不仅影响着卫星运营市场的空间大小，同时也构成了未来 satellite 互联网产业良性发展的基础支撑。通过探索更多应用场景，并针对这些场景提供增值服务以提升企业核心竞争力，则将成为未来 satellite运营商的重点工作方向。从仅限于单纯的 satellite 运营服务发展到实现"运营+服务"的延伸布局，并通过提供针对性的增值服务来强化企业竞争力的技术驱动，则将成为未来 satellite 互联网行业不可逆转的发展趋势。
3 卫星互联网运营模式分析
当前，在全球范围内主导的卫星互联网主要有两种主要形式：其一为结合产业链前端进行 satellite 制造和 terminal 制造的综合型运营模式，在此过程中会带来较高的建设成本从而导致商业运行周期延长；其二为专注于 satellite 运营的传统模式，在这种情况下 satellite 资源及 terminal 依赖外部供应可能导致行业内客户覆盖范围受限同时伴随着较低的供应链议价能力和较高的管理风险。这两种运营策略均存在明显的局限性，并非理想选择。值得注意的是自 2020 年 1 至 4 个月间有多家国外知名 satellite 通信企业如 "OneWeb" 等四家陷入破产保护程序这一现象也凸显出上述两种模式在长期持续性经营方面存在的诸多挑战与问题
整合这两种模式，并深入融入产业链上下游，“互联+”模式成为更适合卫星通信企业的运营方案。通过采用“互联+”管理、经营和生产的理念，在卫星互联网领域实现业务发展。亚马逊商业航天的具体业务逻辑及其与主营业务的协同作用验证了这一策略的有效性。如图7所示展示了商业航天与亚马逊之间的协同运作情况。
亚马逊商业航天业务涵盖了整个产业链上下游环节：火箭制造、卫星发射等。其中，在这一端的主要环节包括全球卫星宽带运营服务以及基于AWS平台提供的地面站云服务。而在这一端的主要经营项目则包括电商、电影制作及云计算服务等多方面业务。这些构成了一个完整的商业生态闭环。此外，在航空及遥感技术领域与JetBlue航空公司以及BlackSky遥感公司达成了战略合作伙伴关系，在此过程中有效填补了其在航空运输市场及遥感数据获取方面的不足。
图7 商业航天与亚马逊的业务协同
由此可见, 卫星互联网运营的核心竞争力在于通过业务融合与技术创新将价值链延伸至产业链上下游
4 天地一体化信息网络运营模式分析
4.1 网络特性
改写说明
发展路径在于推动天地网深度融合。天地网通过安全便捷的方式实现了与其他各类基础网络的深度融合，并致力于将传输层、网络层及应用层进行充分分离。通过卫星互联网融合发展的思路进一步拓展应用场景并巩固运营基础。
其核心任务在于构建符合我国国情特点的卫星通信网络。该系统的主要职责旨在通过技术创新和优化配置实现全球覆盖及多轨道协同运行的同时，在星载系统间建立良好的组网基础，并确保规模适度且体系开放性的同时实现长期稳定发展。系统建设将从基础能力的完善入手，在确保必要性能基础上逐步建立基础服务能力，并尽量规避航天工程高投入和长周期使用所带来的运营风险。
第三点指出：网络发展的重要基础是弹性综合。在构建天地一体化信息网络时，应摒弃传统通信卫星功能单一的传统模式。不再以移动通信、宽带通信、数据中继等单一功能为独立发展。而是通过"轨道预设"理念，在太空中弹性部署包括宽带传输、移动通信、中继传输和物联感知的基础业务，并根据需求灵活部署天基监测和导航强化等增量服务。
推动网络发展的重要方向是构建万物互联体系。天地一体化信息网络通过业务类型丰富、服务对象广泛来体现这一特点。该系统不仅实现了空天陆海洋空间全方位连接的技术架构，并且支持人与物、物与平台之间按需建立连接；同时实现数据在不同场景下的灵活共享。此外，该系统还能够覆盖从静止到高速移动的各种应用场景，并通过智能感知技术实现资源的最佳配置与优化运作
4.2 基础业务
天地一体化信息网络基础业务以通信服务为主，并综合运用了天基监视、导航增强以及网信服务等技术要素。如图8所示
图8 天地一体化信息网络基础业务
天地一体化信息网络通信服务涵盖天基中继、宽带接入、移动通信和天基物联等核心业务模块。其中：
- 天基中继系统借助高轨卫星搭载的激光与微波中继设备，在确保遥感卫星、空间站等航天器以及地表特殊用户的实时数据传输的同时，
实现了对这些平台高带宽全球数据回传功能的根本性突破，
彻底解决了传统模式下对航天器等平台进行实时数据回传的技术难题，
特别适用于无需在全球范围内部署地面接收设施的情况。 - 宽带接入系统基于高低轨卫星组网技术，
为军队用户、公安/应急管理/民政等部门用户、交通/电信企业用户以及个人用户提供Ka频段 broadband access服务，
具体形式包括互联网接入（如Fixed Broadband）、IP语音通话、宽带数据传输以及高清视频等多种服务类型。 - 移动通信系统采用低轨星座配置，
面向军队/政府机构/行业企业及个人用户，
提供从全球范围内的低时延语音通话到窄带数据传输的一系列综合通信服务。 - 天基物联系统依托低轨星座配置中的L频段载荷，
实现了陆地环境下的窄带数据感知与传输能力，
并与其配套的人类物联网系统共同构成了一个无缝覆盖万物互联业务的整体架构。
该系统主要应用于海洋监测、气象灾害预警、地质状态监测以及货物信息追踪等领域。
（2）导航增强技术基于低轨星座的导航增强载荷功能，并针对大众用户、汽车和船舶等不同行业用户提供全面的北斗系统信息增强与信号提升服务。
（3）天基监视配备低轨卫星携带 ADS-B 和 AIS 载荷设备，并分别服务于空中交通管理机构及相关领域的用户群体以及船舶海事监管机构的目标船员与船只，并实时监控全球范围内飞行器与船舶的位置信息。
天地一体化信息网络由 ground-based information hub 作为基础,服务于政府部门及垂直行业客户群体。该系统提供基础型与定制化的网信服务,并包含增值服务。
4.3 运营模式
主要依托卫星移动通信、宽带接入等基础业务支撑，在天地一体化信息网络与地面通信网络之间实现深度协同，在物联网、云计算等技术背景下推动产业上下游企业协同发展，在服务政府相关部门、行业企业和个人用户等方面形成合力
（1）融合模式
卫星移动通信与地面移动通信实现了互联互通，并通过卫星网络为提供必要的回程通道、延伸基站覆盖范围等方式作为 ground-based mobile communication networks 的补充。其运营模式如图 9 所示。
图9 卫星移动通信运营模式
天基宽带接入各类型MEC服务器（包括接入层、边缘层、汇聚层和核心层）开展内容分发任务以优化网络性能。
如图10所示，在MEC架构中具备内容缓存功能，在各层云平台存储视频等关键业务资源；当用户有需求时，系统能够快速获取所需资源。
相较于传统"存储-转发"模式，在这种架构下5G网络的分发能力实现了"一步到位"的效果。
通过多接入边缘计算技术，在天基宽带接入环境下显著提升了5G移动通信服务质量。
这种解决方案不仅能够有效支撑未来5G核心网的演进需求；还能够满足大规模物联网和工业互联网的发展要求。
图10 天基宽带运营模式
天基物联网应在物联网云平台的基础上构建完整生态，在整合物联网终端、物联网通信系统以及行业应用等关键环节的基础上形成一个完整的商业闭环生态系统。具体运营架构通过图11进行展示。
图11 天基物联网运营模式
（2）协同模式
基于地面信息港云计算平台以及大数据和人工智能技术的优势，在包括遥感技术和气象在内的多个领域与企业及事业单位建立合作关系。通过整合上述产业领域的上游技术服务供应商以及数据资源共同建设覆盖遥感和气象领域的应用生态系统。为政府机构、企业以及个人用户提供在线获取地图资料、“接入”系统以及增值增值服务；构建基于云平台的遥感与气象数据的服务模式（如图12所示）。
图12 综合网信服务运营模式
4.4 发展建议
（1）优化投入产出比是提高应用运营质量的关键
为了确保天地一体化信息网络能够顺利实现其应用与运营目标,相关部门需要特别关注并优化这个关键指标——投入产出比率。 投入产出比率是指在特定时间段内,用于支持业务活动的资金支出与其产生的经济收益之间的比例关系. 当投入产出比率越低时,表示该业务领域运营效率越高, 其再投资及长期发展潜力同样具备较强的可行性.
其中，在系统研制到市场运营全生命周期中实施统一管理与考核机制；在周期T内各业务线应根据工作特点分别承担相应的研发任务与运营职责：即卫星平台线负责I1（产品研发）、运载发射线负责I2（生产制造）、测控运控线负责I3（部署测试）、综合保障线负责I4（运行维护）等基础性工作；同时对共享资源如卫星平台、运载火箭等公共部分应按照其功能属性进行合理分摊；对于周期T内产生的各项收益Rk，则需建立科学预测模型基于市场调研数据对未来收入状况进行全面评估，并在此基础上制定合理的收益分配方案以实现利益共享与风险共担
根据当前卫星通信产业发展态势与市场动向分析，在近一段时期内，新兴业务如天基物联、天基中继等新领域虽然有所投入但其经济效益回报率均未达到理想状态；传统业务类型如卫星移动通信领域则展现出稳定的运营效率相对水平；而宽带接入服务由于面临来自地面网络体系的压力，在其经济效益回报率方面预计会持续处于亏损状态较长时间。
（2）多渠道协同用力是提高应用运营质量的重点方向
在需求端,致力于精准定位用户需求,深入挖掘客户需求,夯实卫星网络市场根基；在服务层面,致力于整合丰富多样的业务服务供给体系,提升服务效能,构建适合产业发展的制造生态网络；在制造环节,聚焦转型期降本增效的关键环节,推动资源合理配置与产业协同发展,打造适宜产业化发展的制造生态网络。其中需从需求侧、政策向、资源储备、成本投入等多个维度着手推进实施工作
图13 天地一体化信息网络发展6个要素
从需求端出发，在用户体验为核心的基础上推动卫星通信与信息产业之间的协同发展。重点围绕行业应用场景展开深入研究，并重点研发相关应用场景。探索新型应用模式的同时扩大应用场景覆盖范围。
在政策层面方面，政府相关部门积极促进创新发展与规范并重，并非单纯强调某一方面而是两者相辅相成。从行业角度来看，在推动新产业、新业态发展的过程中需要营造良好的发展氛围。对于相关领域而言，在推动产业升级的同时也需要注重模式创新，并为这些领域提供相应的扶持和发展空间。通过这些举措不仅能够有效降低整个产业链的运营成本而且还能扩大应用市场空间和规模。
在资源管理方面,推进星地间与卫星星座间的协同合作,并特别强调空间资源的合作与融合工作的重要性.通过这一举措可有效提升卫星通信的整体服务保障能力.同时需要重点突破体制衔接,资源分配,终端兼容以及多星座协作运行等方面的 technically challenging issues.
从服务性能角度来看，卫星通信网格与地面网格的融合发展必须不断提升综合服务能力，并努力使该系统的QoS水平达到与地面网相当的技术性能水平。在超低延迟传输、高速数据传输速率以及稳定接入效果等方面均需实现突破性进展，并最终以优质用户体验作为衡量标准确保服务质量达到预期目标。
在成本管理方面,应最大限度地降低用户的使用费用,并不仅仅局限于减少资源费;同时需要先解决制造过程中的低投入挑战.具体来说,在产品设计与开发阶段需要完成集成测试;在元器件生产环节则采用低成本天线技术;芯片设计与封装则支持自主产业化;最后通过新材料和新工艺构建完整的四层产业链来实现整体制造过程的成本最小化.
在基础方面，在促进产业协同以及跨领域合作的基础上，在底层资源服务与上层行业服务之间实现有机整合，在有效改善了传统通信卫星经济效益的传统状况下
5 结束语
天地一体化信息网络由国家新一代信息基础设施构建而成。其核心是卫星通信网络，并不仅仅是作为一个单一项目存在，而是作为一个体系开放、长期演进的网信架构和一个开放的公共基础平台。在天地一体化技术与基础能力的支持下以及遵循开放共赢的理念指引下，在天地一体化战略指导下整合各行业各领域资源进行细分市场开发、促进融合发展以及实现创新协同作用的基础上, 天地一体化信息网络的应用运营工作将全面开启新篇章