LEO
——一個新的通信范式

+ LeoSat Enterprises Mark Rigolle / 文 中國衛通 沈永言 / 譯

LEO
——一個新的通信范式

+ LeoSat Enterprises Mark Rigolle / 文 中國衛通 沈永言 / 譯

關于衛星通信產業近期發展的一個熱門話題是LEO（低軌）星座的出現。為何我們又能看到它的復蘇？亞太地區的機會又有哪些？

LeoSat Enterprises是一家計劃發射多達108顆LEO通信衛星的公司，這些衛星將構成最快速、最安全、最廣覆蓋的數據網絡。在此文章中，Mark Rigolle——LeoSat的CEO，描繪了LEO及LeoSat改變游戲規則的系統，列舉了它們在數據通信方面的各種優勢。

大數據，大機會

今天的世界變得越來越數據化、云計算化和跨國化，這使得在全球范圍內快速和安全地傳遞大量數據的需求不斷增長。過去十年，數據使用量呈現爆炸式增長，過去兩年創造的數據量超過了人類有史以來的所有數據量。到2020年，這個星球上差不多每個人、每秒要產生1.7兆字節的新信息。

數據可利用性、IoT和M2M等新一代技術、面向數據驅動決策和自動化的文化變遷等，正在持續地加深我們對于大數據以及快速、彈性網絡的依賴。隨著“永遠在線”需求的出現以及商業對技術和連接運營效率的日益關注，帶寬需求同樣在飆升。

隨著人類對大數據和賽博空間安全依賴性的不斷提升，衛星網絡真的能發揮重大作用嗎？

傳統衛星網絡對數據來講是次優的

由于傳統GEO衛星網絡的大時延、小吞吐量，到目前為止，衛星的確被視為數據傳輸的最后選擇或替補者。盡管僅對語音和視頻應用比較麻煩，對于數據通信而言，要達到理想的性能或讓某些應用精彩運轉，這的確也是一個不利因素。因此，雖然GEO強于視頻應用，對于真正的數據驅動型應用，如4G和5G回傳、遠程管理、企業連接等，都需要一個完全不同的衛星架構，以解決時延、吞吐量、移動性和安全性等問題。

圖1 離地球越近，時延越小

時延改變一切

讓我們打量一番時延，為何它對于數據傳輸如此重要。

網絡時延被定義成為數據包從一個指定地點傳送到另外一個地點所花費的時間。理論上講，在數據世界里，時延接近于零最好，這樣可以產生流暢的用戶體驗。對于衛星網絡而言，距離地球越近，時延就越小。由于LEO衛星軌道高度大致在1500千米，它距離地球比GEO衛星（36000千米）近25倍，比MEO衛星（8000千米）近5倍，因此，LEO用于數據傳輸的案例就變得引人入勝。這些LEO衛星將時延從500多毫秒降低到20毫秒上下。這非常重要，從此，在時延方面，它們能夠與地面網絡相提并論。

一個針對數據的衛星架構

除了時延問題之外，當我們走近更加數據中心化的世界時，傳統“彎管”衛星架構的局限性就顯得非常明顯。彎管意味著無論什么信息傳到衛星，都需要立即傳下來。雖然，在上個世紀六、七十年代，在連接大陸方面，它相當出色，在DTH視頻應用方面，同樣得心應手。然而對于數據而言，它卻表現不佳。在數據方面，采用這種技術要求使用大量的帶天線的地球站，它們連接到地面設施，以將業務量傳送到目的地，或衛星覆蓋區域之外。至少可以這么說，這是一種次優選擇，它必然伴隨大量的開支和運營要求。

圖2 LEO星座系統

因此，雖然LEO本身解決了衛星通常具有的時延問題，而想要真正改變數據游戲規則，則需要放棄傳統“彎管”，將衛星提升到下一個層次——“空間聯網”，這樣一個發展中的系統就是LeoSat。

LeoSat Enterprises由Cliff Anders和Phil Marlar創立，他們兩位是前Schlumberger的高管，在應對石油天然氣勘探和郵輪業務數據傳輸挑戰方面，擁有切身體會。他們認識到所開發的企業數據解決方案可能最適合一些垂直市場（如企業、金融、政府和媒體等），成立LeoSat的目的就是利用行之有效的衛星通信技術，來建立一個LEO星座，進而提供真正全球性、企業級、高速和超安全的數據網絡。

LEO獨特網絡是由78個衛星構成的星座，它構成了充分冗余的、有激光星間鏈路的網狀網絡。這就創造了一個空間光學骨干網絡，它比光纖快1.5倍。數據能夠從一個衛星傳輸到另外一個衛星，無需像彎管系統那樣必須落到地面。如此一來，業務量可以從源頭一路跨越地球，直達終點，無需觸及任何地面系統。從聯網的視角看，這個架構聽起來如此合理，可是衛星行業直到如今，仍未能將其應用于高速數據傳輸。

此外，傳統衛星設計只允許在射頻上進行數據調制，這對于與地面網絡集成而言，就是一個限制。為了實現衛星與地面網絡的無縫互操作，或者MPLS或者IP，衛星需要像地面網絡那樣，支持全雙工，具有路由和交換功能。由于新LEO系統具有星上處理（OBP）和MPLS聯網的集成特征，它們可以全雙工運作，由空間擴展到地面網絡，這樣可以兩極之間、陸海之間，將業務量傳送到地球上任何地點。隨著LEO將以上優點帶入衛星市場，衛星也就擺脫了傳統“填縫者”的角色。LEO系統開始變成一個數據通信的技術選擇。

亞太的新機會

LEO數據網絡能夠提供什么？在諸如電信、跨國企業、政府服務、海事和能源領域，LEO系統可以解決基本的通信連接問題，滿足世界范圍內日益增長的快速、安全傳送數據的需求。對于典型的財富1000強公司，僅僅10%的數據可達性增長將會產生6500萬美元的凈收入。

LEO系統的關鍵特征是，它可以適用于很多應用。例如，為蜂窩網絡提供4G/5G衛星回傳，為銀行提供連接海外機構的安全網絡，為石油和天然氣勘探提供數據上傳，或者允許郵輪旅客訪問互聯網。LEO不僅在現有衛星服務市場上具有競爭優勢，它同樣通過前所未有的性能、真正的全球連接，來創造機會、擴張市場。

1、為基站回傳增加容量

隨著蜂窩協議變得越來越復雜、蜂窩用戶數量的加速增長，高速度、大容量、高原生性、長距離傳輸蜂窩信號的需求日益增長。這些不斷增長的回傳需求并沒有被現在地面網絡所滿足，現有和計劃中的衛星網絡速度太低、帶寬太小。對于現有和潛在的電信運營商而言，LEO具有明顯的優勢。因為它的延時、定時和傳送等都符合最新4G、5G和LTE蜂窩系統的網絡標準。由于互聯網用戶持續增長、流媒體、智能電話用戶、移動應用和物聯網等原因，低時延的LEO系統將逐步成為高時延GEO系統的強有力替代者。

2、針對政府通信的安全、高吞吐量的全球網絡

政府越來越依靠商業衛星部門，尤其是下一代衛星星座，來提供它所需要的創新性和健壯的通信基礎設施。當提到通信網絡時，軍事和政府部門都需要一些關鍵特征：特殊的操作需要帶寬密集型應用、準實時指揮和控制，以及先進的傳感功能——LEO衛星與地球的接近帶來了低時延和高數據率。安全性和恢復能力同樣是關鍵特征——由于LeoSat具有獨特的非接觸架構，能以原生形式對待業務量，在地球上任意地點傳輸它，而無需接觸地面，與地面基礎設施保持完全獨立，這對于軍事應用而言是巨大的優勢；對于使領館通信，屋頂至屋頂之間沒有接觸任何地面，這意味著是一個超級安全和彈性的通信網絡。

3、針對金融部門的高速度和超低時延

金融行業，尤其是交易部門、銀行、對沖基金、貿易公司以及金融服務公司，總是在尋求最新的技術和創新，以在競爭中保持領先地位。有了前沿的交易技術和大數據作為成功的關鍵差異化因素，這些企業正在尋求應對時延管理和網絡連接挑戰的方法。相對今天使用的傳統地面解決方案，具有星間鏈路的LEO通信衛星可以實現更低的時延、更強的端到端安全性。

4、針對海事通信的無縫、全球數據覆蓋

在獲得適當的寬帶網絡以在船只之間、船只與主要總部之間實現互聯，在服務日益增長的乘客和船員的數據和互聯網需求方面，海事運營商面臨嚴峻的挑戰。在郵輪上，乘客需要越來越多的帶寬，以玩轉消費終端、訪問互聯網。現有衛星系統中，大部分位于GEO或MEO軌道，只能覆蓋有限的地球表面，因而不能滿足這些需求。一個帶有星間鏈路的LEO系統可以讓船只“時刻在線”，而不用考慮它的全球位置，如同它們位于一個本地網絡節點上。這使得運營商可以利用這個新的“智能船只”數字基礎設施，其中的云操作將提高效率、運營效益、安全性，并且提供新的商業機會。

LeoSat致力于衛星數據傳輸的革命化

有好幾個LEO系統處于發展之中，它們將對數據通信產生重大影響。每個即將到來的系統，如OneWeb、 SpaceX、Boeing、Telesat，都為寬帶通信帶來不同的能力和機會。

我們的LeoSat系統只面向商業市場，正在由Thales Alenia公司開發。Thales Alenia在設計、制造LEO、MEO星座，如Iridium Next和O3b方面，具有無與倫比的專長。

在通過單一、高性能、互聯、基于MPLS的LEO來提供類似光纖服務方面，LeoSat數據網絡解決方案真正做到了獨一無二。基于78顆衛星、有效的“空間路由器”MPLS網絡，LeoSat能夠在地球上任意兩個地點或多個地點之間，為消費者提供高吞吐量、低時延和更安全的通信，而無需借助地面網絡。這是通過光學星間鏈路實現的，它還能支撐地面天線間的對稱傳輸，速率可達1.6 Gbps。需要時，可以高達5.2Gbps。與彎管式HTS解決方案相比，LeoSat無需關口站這個先決條件來運行它的網絡。對于消費者而言，這個獨特技術的使用允許房屋到房屋的連接，無需地面網絡介入，因而成為高速網絡的一個典范。此外，由于在整個路由期間，數據一直位于LeoSat物理上獨立的衛星網絡之中，數據安全性就得到保障，這使得它不太容易受到監測、攻擊，甚至破壞等行為的影響。

LeoSat星座有望在2020年開始發射。

LEO和GEO—一對完美的伙伴

顯而易見，亞太地區數據和移動市場存在很多增長機會。從政府應用到企業網絡，從蜂窩數據到海事部門，該地區的所有市場都非常強勁。光纖速度與衛星普遍性的結合，意味著LeoSat正在創造一個新的通信范式，它改變了衛星“最后選擇方式”的形象，而成為數據傳輸的首選。帶著這樣的觀念，我們已經發現FSS運營商們開始尋求補充、擴展它們的能力，與LEO衛星運營商合作，來提供復合的GEO/LEO數據服務，這單靠GEO是辦不到的事。這種趨勢將繼續下去，因為FSS運營商看到了與LeoSat合作，以在全球范圍內向市場提供企業級、低時延、極高速度和安全數據服務的價值。

Mark Rigolle：

LeoSat Enterprises的CEO，在電信和衛星行業具有22年的經驗。他曾擔任過SES的CFO，后來是O3b的CEO。他同樣擔任過衛星運營商和私募基金的顧問，共同創立過Kacific——一個富有生氣的“到家”衛星寬帶初創公司。