LEO——一个新的通信范式

+ LeoSat Enterprises Mark Rigolle / 文 中国卫通 沈永言 / 译

LEO
——一个新的通信范式

+ LeoSat Enterprises Mark Rigolle / 文 中国卫通 沈永言 / 译

关于卫星通信产业近期发展的一个热门话题是LEO（低轨）星座的出现。为何我们又能看到它的复苏？亚太地区的机会又有哪些？

LeoSat Enterprises是一家计划发射多达108颗LEO通信卫星的公司，这些卫星将构成最快速、最安全、最广覆盖的数据网络。在此文章中，Mark Rigolle——LeoSat的CEO，描绘了LEO及LeoSat改变游戏规则的系统，列举了它们在数据通信方面的各种优势。

大数据，大机会

今天的世界变得越来越数据化、云计算化和跨国化，这使得在全球范围内快速和安全地传递大量数据的需求不断增长。过去十年，数据使用量呈现爆炸式增长，过去两年创造的数据量超过了人类有史以来的所有数据量。到2020年，这个星球上差不多每个人、每秒要产生1.7兆字节的新信息。

数据可利用性、IoT和M2M等新一代技术、面向数据驱动决策和自动化的文化变迁等，正在持续地加深我们对于大数据以及快速、弹性网络的依赖。随着“永远在线”需求的出现以及商业对技术和连接运营效率的日益关注，带宽需求同样在飙升。

随着人类对大数据和赛博空间安全依赖性的不断提升，卫星网络真的能发挥重大作用吗？

传统卫星网络对数据来讲是次优的

由于传统GEO卫星网络的大时延、小吞吐量，到目前为止，卫星的确被视为数据传输的最后选择或替补者。尽管仅对语音和视频应用比较麻烦，对于数据通信而言，要达到理想的性能或让某些应用精彩运转，这的确也是一个不利因素。因此，虽然GEO强于视频应用，对于真正的数据驱动型应用，如4G和5G回传、远程管理、企业连接等，都需要一个完全不同的卫星架构，以解决时延、吞吐量、移动性和安全性等问题。

图1 离地球越近，时延越小

时延改变一切

让我们打量一番时延，为何它对于数据传输如此重要。

网络时延被定义成为数据包从一个指定地点传送到另外一个地点所花费的时间。理论上讲，在数据世界里，时延接近于零最好，这样可以产生流畅的用户体验。对于卫星网络而言，距离地球越近，时延就越小。由于LEO卫星轨道高度大致在1500千米，它距离地球比GEO卫星（36000千米）近25倍，比MEO卫星（8000千米）近5倍，因此，LEO用于数据传输的案例就变得引人入胜。这些LEO卫星将时延从500多毫秒降低到20毫秒上下。这非常重要，从此，在时延方面，它们能够与地面网络相提并论。

一个针对数据的卫星架构

除了时延问题之外，当我们走近更加数据中心化的世界时，传统“弯管”卫星架构的局限性就显得非常明显。弯管意味着无论什么信息传到卫星，都需要立即传下来。虽然，在上个世纪六、七十年代，在连接大陆方面，它相当出色，在DTH视频应用方面，同样得心应手。然而对于数据而言，它却表现不佳。在数据方面，采用这种技术要求使用大量的带天线的地球站，它们连接到地面设施，以将业务量传送到目的地，或卫星覆盖区域之外。至少可以这么说，这是一种次优选择，它必然伴随大量的开支和运营要求。

图2 LEO星座系统

因此，虽然LEO本身解决了卫星通常具有的时延问题，而想要真正改变数据游戏规则，则需要放弃传统“弯管”，将卫星提升到下一个层次——“空间联网”，这样一个发展中的系统就是LeoSat。

LeoSat Enterprises由Cliff Anders和Phil Marlar创立，他们两位是前Schlumberger的高管，在应对石油天然气勘探和邮轮业务数据传输挑战方面，拥有切身体会。他们认识到所开发的企业数据解决方案可能最适合一些垂直市场（如企业、金融、政府和媒体等），成立LeoSat的目的就是利用行之有效的卫星通信技术，来建立一个LEO星座，进而提供真正全球性、企业级、高速和超安全的数据网络。

LEO独特网络是由78个卫星构成的星座，它构成了充分冗余的、有激光星间链路的网状网络。这就创造了一个空间光学骨干网络，它比光纤快1.5倍。数据能够从一个卫星传输到另外一个卫星，无需像弯管系统那样必须落到地面。如此一来，业务量可以从源头一路跨越地球，直达终点，无需触及任何地面系统。从联网的视角看，这个架构听起来如此合理，可是卫星行业直到如今，仍未能将其应用于高速数据传输。

此外，传统卫星设计只允许在射频上进行数据调制，这对于与地面网络集成而言，就是一个限制。为了实现卫星与地面网络的无缝互操作，或者MPLS或者IP，卫星需要像地面网络那样，支持全双工，具有路由和交换功能。由于新LEO系统具有星上处理（OBP）和MPLS联网的集成特征，它们可以全双工运作，由空间扩展到地面网络，这样可以两极之间、陆海之间，将业务量传送到地球上任何地点。随着LEO将以上优点带入卫星市场，卫星也就摆脱了传统“填缝者”的角色。LEO系统开始变成一个数据通信的技术选择。

亚太的新机会

LEO数据网络能够提供什么？在诸如电信、跨国企业、政府服务、海事和能源领域，LEO系统可以解决基本的通信连接问题，满足世界范围内日益增长的快速、安全传送数据的需求。对于典型的财富1000强公司，仅仅10%的数据可达性增长将会产生6500万美元的净收入。

LEO系统的关键特征是，它可以适用于很多应用。例如，为蜂窝网络提供4G/5G卫星回传，为银行提供连接海外机构的安全网络，为石油和天然气勘探提供数据上传，或者允许邮轮旅客访问互联网。LEO不仅在现有卫星服务市场上具有竞争优势，它同样通过前所未有的性能、真正的全球连接，来创造机会、扩张市场。

1、为基站回传增加容量

随着蜂窝协议变得越来越复杂、蜂窝用户数量的加速增长，高速度、大容量、高原生性、长距离传输蜂窝信号的需求日益增长。这些不断增长的回传需求并没有被现在地面网络所满足，现有和计划中的卫星网络速度太低、带宽太小。对于现有和潜在的电信运营商而言，LEO具有明显的优势。因为它的延时、定时和传送等都符合最新4G、5G和LTE蜂窝系统的网络标准。由于互联网用户持续增长、流媒体、智能电话用户、移动应用和物联网等原因，低时延的LEO系统将逐步成为高时延GEO系统的强有力替代者。

2、针对政府通信的安全、高吞吐量的全球网络

政府越来越依靠商业卫星部门，尤其是下一代卫星星座，来提供它所需要的创新性和健壮的通信基础设施。当提到通信网络时，军事和政府部门都需要一些关键特征：特殊的操作需要带宽密集型应用、准实时指挥和控制，以及先进的传感功能——LEO卫星与地球的接近带来了低时延和高数据率。安全性和恢复能力同样是关键特征——由于LeoSat具有独特的非接触架构，能以原生形式对待业务量，在地球上任意地点传输它，而无需接触地面，与地面基础设施保持完全独立，这对于军事应用而言是巨大的优势；对于使领馆通信，屋顶至屋顶之间没有接触任何地面，这意味着是一个超级安全和弹性的通信网络。

3、针对金融部门的高速度和超低时延

金融行业，尤其是交易部门、银行、对冲基金、贸易公司以及金融服务公司，总是在寻求最新的技术和创新，以在竞争中保持领先地位。有了前沿的交易技术和大数据作为成功的关键差异化因素，这些企业正在寻求应对时延管理和网络连接挑战的方法。相对今天使用的传统地面解决方案，具有星间链路的LEO通信卫星可以实现更低的时延、更强的端到端安全性。

4、针对海事通信的无缝、全球数据覆盖

在获得适当的宽带网络以在船只之间、船只与主要总部之间实现互联，在服务日益增长的乘客和船员的数据和互联网需求方面，海事运营商面临严峻的挑战。在邮轮上，乘客需要越来越多的带宽，以玩转消费终端、访问互联网。现有卫星系统中，大部分位于GEO或MEO轨道，只能覆盖有限的地球表面，因而不能满足这些需求。一个带有星间链路的LEO系统可以让船只“时刻在线”，而不用考虑它的全球位置，如同它们位于一个本地网络节点上。这使得运营商可以利用这个新的“智能船只”数字基础设施，其中的云操作将提高效率、运营效益、安全性，并且提供新的商业机会。

LeoSat致力于卫星数据传输的革命化

有好几个LEO系统处于发展之中，它们将对数据通信产生重大影响。每个即将到来的系统，如OneWeb、 SpaceX、Boeing、Telesat，都为宽带通信带来不同的能力和机会。

我们的LeoSat系统只面向商业市场，正在由Thales Alenia公司开发。Thales Alenia在设计、制造LEO、MEO星座，如Iridium Next和O3b方面，具有无与伦比的专长。

在通过单一、高性能、互联、基于MPLS的LEO来提供类似光纤服务方面，LeoSat数据网络解决方案真正做到了独一无二。基于78颗卫星、有效的“空间路由器”MPLS网络，LeoSat能够在地球上任意两个地点或多个地点之间，为消费者提供高吞吐量、低时延和更安全的通信，而无需借助地面网络。这是通过光学星间链路实现的，它还能支撑地面天线间的对称传输，速率可达1.6 Gbps。需要时，可以高达5.2Gbps。与弯管式HTS解决方案相比，LeoSat无需关口站这个先决条件来运行它的网络。对于消费者而言，这个独特技术的使用允许房屋到房屋的连接，无需地面网络介入，因而成为高速网络的一个典范。此外，由于在整个路由期间，数据一直位于LeoSat物理上独立的卫星网络之中，数据安全性就得到保障，这使得它不太容易受到监测、攻击，甚至破坏等行为的影响。

LeoSat星座有望在2020年开始发射。

LEO和GEO—一对完美的伙伴

显而易见，亚太地区数据和移动市场存在很多增长机会。从政府应用到企业网络，从蜂窝数据到海事部门，该地区的所有市场都非常强劲。光纤速度与卫星普遍性的结合，意味着LeoSat正在创造一个新的通信范式，它改变了卫星“最后选择方式”的形象，而成为数据传输的首选。带着这样的观念，我们已经发现FSS运营商们开始寻求补充、扩展它们的能力，与LEO卫星运营商合作，来提供复合的GEO/LEO数据服务，这单靠GEO是办不到的事。这种趋势将继续下去，因为FSS运营商看到了与LeoSat合作，以在全球范围内向市场提供企业级、低时延、极高速度和安全数据服务的价值。

Mark Rigolle：

LeoSat Enterprises的CEO，在电信和卫星行业具有22年的经验。他曾担任过SES的CFO，后来是O3b的CEO。他同样担任过卫星运营商和私募基金的顾问，共同创立过Kacific——一个富有生气的“到家”卫星宽带初创公司。