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“空中”互联网时代,卫星通信从业者该如何把握机会?

来源 | 卫星与网络

作者 | 黄涛、郑梦圆(中国卫通)、金雪松(航天科技)

一、引言

卫星互联网被国家发改委纳划定为“新基建”信息基础设施之一,作为卫星通信的重要应用场景,民航领域的航空互联网有着广阔的发展前景。世界各国对航空互联网开展了长期广泛的探索,民航业发展较为成熟的美国、欧洲相继推出了ATG、Ku、Ka等技术方案,并在近10年的发展历程中形成了广阔的市场空间和深厚的用户基础。随着我国民航业发展水平不断提升和相关监管政策的逐渐放开,我国航空互联网即将迎来大发展,并加速带动上下游产业形成规模可观的价值集群。

近年,航空机载通信逐渐由ATG向Ku/Ka高通量过渡,不断提升的网络带宽和服务能力,完全满足用户日益丰富的机上需求,为用户带来更加便捷丰富的机上互联网体验。同时,飞机前舱、后舱通信不断涌现的应用场景,有力支撑乘客使用及航班运控管理等需求,并衍生出内容生产分发、设备制造维修及智能服务等众多上下游需求,对产业需求的牵引带动作用十分明显。国际航空互联网市场渐趋饱和,国内市场发展潜力巨大,我国民航业机队规模数量不断增长,机载网络需求规模巨大,有望带动亚太地区成为全球最大的航空互联网市场。

二、卫星通信技术 牵引航空通信快速发展

航空机载通信主要包括ATG(Air to Ground)和卫星通信两种主流通信技术解决方案,卫星通信因其广覆盖、灵活性强的特性,逐渐成为航空机载行业选用的主流方案。目前,航空机载通信正成为卫星通信最富潜力的应用领域,动中通终端天线和宽带卫星通信技术的进步为航空机载通信注入了充足的发展动力。

Gogo公司于2008年7月在美国航空(Amercian Airlines)航线率先安装了基于ATG技术方案的航空互联网接入设备,到2012年6月,gogo公司设备累计接入了超过10家航司的千余架飞机。2013年1月,gogo公司首次将Ku频段卫星连接引入航空互联网服务,并于2014年4月推出基于卫星连接的2Ku服务并在世界范围内推广,卫星连接成为gogo旗下主流的航空互联网技术方案。

2010年6月,美国西南航空公司率先在机上安装了基于VSAT技术的Ku波段卫星通信系统,向用户提供网络接入及基于宽带互联网的应用服务产品,阿拉斯加航空、维珍航空、捷蓝航空、日本航空等多家航空公司纷纷跟进,基于卫星通信的航空互联网服务逐渐普及,目前全球共有70多家航空公司提供了机载网络接入服务,全球民航客机机上联网比例达39%,北美地区83%的飞机已实现机上联网,其他地区机上联网比例也超过28%。

美国卫讯公司(Viasat)也积极推进航空互联网发展。2011年4月,Viasat与捷蓝航空公司签署战略合作协议,向其提供机上Ka互联网接入服务。随后,Viasat先后收购了从事机载宽带的“SKYLink”和Arconics,布局机上增值服务。Viasat通过自主研发、投资并购与战略合作,迅速完成了航空互联网领域的业务开发和市场拓展,率先探索出了成熟的航空互联网商业模式。

我国民航客机机载网络接入业务起步较晚,航空互联网目前尚未实现商业化运营。2011年11月,国航首架搭载机上局域网的航班实现首航,乘客能够访问机上局域网内容;2013年7月,国内航司借助海事卫星通信系统首次实现了机上互联网接入,中国民航首次提供机上全球卫星通信互联网服务。

工信部向机载通信试验开放卫星通信业务试验牌照,众多电信运营商积极开展航空互联网探索,2014年7月,中国电信首次提供了基于Ku频段卫星的航空互联网体验服务,2015年11月,中国移动、中国卫通、环球航通签署了航空互联网试验合作框架协议,2017年,中国联通成立全资子公司“联通航美”,专业运营机载通信业务,并于次年与欧洲通信卫星公司达成合作意向;2020年7月,基于我国首颗Ka高通量卫星中星16号的我国第一架高速卫星宽带互联网飞机成功首飞,标志着我国正式进入高速率航空互联网时代。

随着我国民航业近十年来的蓬勃发展,全行业在运输飞机和年均运送旅客量均呈现逐年上升趋势,航空互联网发展前景广阔。

三、卫星通信发展 铸就机载市场需求递增

航空机载宽带服务是近年来卫星通信业和民航服务业的热点领域,航空乘客对机上宽带通信的需求日益增长,国际上大部分航空公司都已经开通航空机载宽带服务,我国多家航空公司也在探索开展航空机载宽带应用。高通量卫星提供的航空机载宽带互联网服务能够大大提升乘客的机上体验,可为乘客提供媲美地面宽带网络的互联网体验。机上乘客对机上宽带网络的需求非常旺盛,航空机载宽带服务市场潜力巨大。

1、技术发展驱使

从技术实现上看,机舱网络通信主要包括空地互联(ATG),卫星通信(使用Ku,Ka和L频段)和将ATG与卫星通信结合的混合方案共三种技术实现方式,航空公司可以根据其业务模式和提供服务的航行路线进行选择,进一步在机上通过GSM/GPRS移动技术或无线接入点Wi-Fi服务技术为乘客提供网络接入。

用户对于IFC网络接入质量的感知,可以用网络浏览体验和视频流媒体体验来衡量,对于网络浏览体验,速度低于150kbps的速度很难加载大多数页面,被视作缓慢,高于此限制的速度是可以接受的体验,在200kbps到600kbps之间,网页浏览体验会根据浏览类型而受到影响,超过600kbps的速度被认为适合网络浏览,能够为用户提供无缝体验,而视频流在整个飞行过程中需要恒定的吞吐量,其比Web浏览流量更具确定性,考虑到视频内容质量和屏幕尺寸等一系列指标,目前飞机上大多数可用的视频内容需要具备从800kbps起的吞吐量才能使乘客获得享受舒适的视频体验。

传统普通Ku带宽不能满足航空互联网的商用要求,而ATG由于其局限性,所占航空互联网的飞机比重呈不断减少的态势,因此,Ka高通量卫星作为航空互联网的未来发展方向为航空公司提供了很好的选择条件。全球高通量卫星容量预计将从2018年的1.8Tbps增长到2023年的19.8Tbps左右(接近62%的复合年增长率)。高通量卫星系统不仅会极大地增加飞机的带宽(相对于常规卫星系统提供的速度),而且每MB的成本也会大大降低,从而进一步推动航空互联网的普及。

2、用户需求明显

机载宽带接入可以分为前舱通信和后舱通信。后舱通信主要是为乘客提供互联网服务,满足乘客飞行过程中商务和休闲娱乐需求,前舱服务主要是飞机安全飞行应用,包括提供天气预报、航线追踪、健康监测、EFB等。

后舱通信是机载宽带接入的主要需求市场。从应用场景来看,后舱通信最主要的应用是内容分发。内容供应商位于分发链的顶端,其中包括了视频内容供应商、游戏开发商、后期制作和内容管理服务和应用程序供应商。内容分发的方式包括头顶屏幕、嵌入式设备、椅背屏幕、无线网络等。除了内容分发外,航空公司还从服务提供商处购买设备,主要包括吊挂屏和椅背屏、耳机、乘客控制单元以及电子设备。

IFEC服务产业链中不同种类的利益相关者都在参与为乘客提供内容服务。他们必须负责提供内容,同时负责内容的分发。内容供应商位于分发链的顶端,服务提供商为航空公司提供专业化服务以便使内容可以适用于航空公司,航空公司还需要购买设备及线路部署和机体适应性改造等服务。

IFEC增值服务能够为航空公司带来大量的额外收入,随着技术及商业模式的不断成熟,机载IFEC服务将更加普及,与此同时打破飞机数据孤岛带来的飞行数据、乘客行为、货物状态等一系列大数据,与先进信息科技技术的结合,也为智慧飞机的发展带来了可能。

3、市场前景乐观

未来10年提供机上互联(IFC)的商业飞机数量将以9.6%的年复合增长率增长,到2028年预计将超过20500架。北美仍然是最大的IFC市场,拥有约7500架联网飞机,但其市场份额将从2018年的58%降至2028年的36.6%,影响主要来自于亚太地区市场的蓬勃发展。亚太地区市场份额会从2018年的12.9%增长到2028年的21.3%。

随着IFC不断发展,传统的ATG终端数量预计将保持平稳或略有减少,新增支持网络接入的机载终端主要以卫星通信方式为主,VSAT方案是代表之一,目前VSAT方案占比已经超过六成,预计将在10年内继续保持增长势头。商用航空租赁VSAT网络容量也将随着机载网络用户数量增加而不断增长,其中Ka频段将成为主流,Ku频段将保持稳定,未来将逐步被取代。

航空互联网在商业航空领域的普及率未来几年将持续增长,预计全球提供互联网连接服务的商用飞机总数将从2018年底的大约8200架飞机达到2028年底的20500架以上。2018年航空互联网商用飞机解决方案的渗透率达到32%以上,预计到2028年将达到50%左右,主要区域市场是亚洲、北美和欧洲。

从旅客人均支出费用来看,2018年旅客航空互联网业务人均支出0.23美元,到2028年将猛增10倍多至2.6美元,2035年进一步攀升至4美元。可以看出,未来20年特别是最近10年,航空旅客对航空互联网的需求将大幅增加,市场空间较大。

根据伦敦政治经济学院(LSE)和全球领先移动卫星通信服务商海事卫星公司联合发布的《翱翔蓝天:旅客连接为全球航空业带来的商业机遇报告》最新预测,到2035年全球航空互联网带来的市场空间将达到1300亿美元,其中航空公司领域的市场空间将达到300亿美元,航空互联网市场巨大。在这300亿美元的市场中,亚太地区为103亿美元、占比34.3%,欧洲地区为82亿美元、占比27.3%,北美地区为76亿美元、占比25.3%,拉美、中东、非洲分别为19亿、13亿、5.9亿美元。20年内,亚太地区将成为全球最大的航空互联网市场。

四、卫星通信牵引 机载应用场景不断扩增

1、通信服务与网络接入

目前,航空机载通信仍将是航空互联网业务的主要应用场景。随着联网商用飞机数量的不断增加,航空机载通信将逐渐被乘客视为飞行旅途中必备的基础服务,飞行过程中使用话音、消息等基础通信服务将成为保障乘客拥有满意飞行体验的基础。

与访问互联网相比,基础通信服务对于网络性能的要求较低,在卫星资源受限的航空互联网发展初期,平均每架飞机获得的带宽供给有限,不足以支持所有乘客在合理价格范围内享受无缝网络连接体验,但能够为所有乘客提供机上基础通信业务,初期提供价格低廉的机上基础通信服务也有利于航空互联网设备的快速普及和初期用户的快速积累。

随着卫星资源的不断丰富和航空互联网技术的不断成熟,具备更强大服务能力的互联网接入服务将面向用户全面铺开,机载通信领域将迎来服务模式的全面升级,甚至可能出现地面通信领域2G向3G/4G过渡时期大量涌现的OTT业务模式,为行业发展带来持续不断的内生动力。

2、内容分发

航空互联网服务质量发展成熟后,机上娱乐内容分发将成为航空互联网的重要应用场景,为航空公司和网络运营商带来全新的增值服务收入来源。与传统机上局域网提供的本地内容相比,航空互联网能够为乘客提供直播视频、实时信息推送甚至在线游戏等服务,能够显著吸引乘客的兴趣;对于航空公司而言,接入互联网的机上内容服务使其避免付出高额成本购买陈旧内容版权的尴尬境地,仅需要采购内容采编服务使内容达到机上广播标准,即可提供高质量的机载IFE服务。

而随着娱乐服务的不断丰富,机上电子设备的技术和种类也将不断升级,吊挂屏/椅背屏、耳机、乘客控制单元及配套软件系统存在着广阔的升级空间,为不同需求的用户提供差异化的内容服务成为潜在的发展方向,如向高舱等用户提供全面升级的机上IFE服务来全面强化用户认知,向娱乐发烧友提供专业化的视听设备等。机上娱乐内容分发的不断发展让航司和网络运营商能够充分带动内容供应商、设备制造商等产业上下游参与方,构建合作共赢的航空互联网服务生态。

3、智慧飞机

智慧飞机是民航业应用网络通信和大数据等最新技术的系统实践,也是IFC赋能航空业的必然结果。机载网络互联在服务乘客的同时,也将被应用于优化航班运营管控模式中。新一代飞机将作为联网节点,向机组人员、客舱服务人员和地面人员提供数据通信,用于改善维护和运营,全面提升服务质量。

后舱乘客的使用数据与地面信息系统互通,帮助机上服务更好的定位乘客需求,降本增效的无人客舱服务将成为可能,前舱驾驶员能够全面系统掌握飞机运行状况、航路天气状况、飞行轨迹状况等数据,提升飞机飞行操作质量和安全航行水平,地面维护人员全面掌握飞机的飞行状况,精准监测飞机健康状况,提高维护服务质量和飞机运行寿命,地面调度人员基于飞行大数据做出最合理的飞行调度安排,优化航空整体运行状况,智慧飞机将推动民航业智能化水平的提升。

4、企业专网

货运飞机、公务机/包机等也将迎来迅猛发展。远程/洲际货运飞机成为全球化进程中高价值商品流通的重要方式,跨国企业的发展和国际间交流的不断深入不断助推公务机和包机市场的壮大。

企业专网服务能够满足不同类型企业用户的需求,如针对货运飞机推出物联网专网,提供物流全流程的监控管理服务,针对公务机推出办公协同服务和公有/私有云服务,打通机上信息孤岛,针对包机推出全面升级的娱乐内容服务,提供大带宽网络满足包机乘客的机上娱乐需求。航空互联网企业专网服务使网络接入服务与行业深度融合,进一步互联网先进信息技术的触达范围。

五、未来航空互联网 发展方向与经验启示

1、抓紧民航发展机遇,深入研究航空互联网发展需

从国外发展经验来看,航空互联网能够助力民航业发展,当前我国航空互联网发展状况与民航业整体状况相比,仍存在较大发展空间。随着我国Ka高通量卫星成功部署并完成航空高速互联网首飞,我国航空互联网蓝海市场将迎来全面发展的战略机遇期:政策性限制不断解禁,资源技术趋于成熟,传统ATG技术方案将逐渐被取代,基于卫星通信的航空互联网发展空间十分广阔。

为了准确把握难得的发展机遇,需要深入研究航空互联网发展应用需求。要深入分析航空业产业链价值分布,从上游飞机及机上设备制造到内容生产分发,再到航司运营及下游的OTA分销,充分挖掘航空互联网发展需求,为通信运营商进入产业链寻找合理的切入点,为卫星通信赋能产业链创造可能,重点研究基础通信、内容分发和智慧飞机等业务的发展方向,充分调研、挖掘甚至牵引市场需求,结合国内外市场实际状况,确定商业航空互联网商业模式,打造航空互联网产业链生态圈。

2、发展自主核心技术,全面提升航空互联网技术储备

民航业代表着先进交通运输方式,是关系着国民经济和社会发展的重要行业,近年来国际竞争形势风起云涌,核心技术自主可控的重要性日益凸显。从地面移动通信的代际发展历程可以得出结论,关键技术、标准和专利的积累和储备是行业健康发展的基石。航空互联网的健康蓬勃发展离不开核心技术的储备的丰富。国产卫星及载荷、国产地面主站设备、国产机载天线、国产终端设备、拥有自主知识产权的网络架构设计乃至国产商业飞机,相关技术储备对于航空互联网的自主可控十分关键。

加强相关技术的研究,推进相关设备研发,完善相关架构及标准设计,强化航空互联网业务与国产商业飞机发展的联动,在国内形成有利于航空互联网发展的创新生态,形成技术-市场-产业的良性循环,充分完善领域内的技术储备与互动,真正实现高可用性的自主可控航空互联网高效运行。

3、开展产业应用试点,迅速抢占市场主导地位

航空互联网的广阔发展前景能够显著带动民航及通信行业的增长,产业链上下游众多参与方将从中获益,从飞机制造到设备制造,从网络建设运营到服务提供,从硬件制造到软件开发,航空互联网产业链生态圈有着广阔的发展前景。

为促进航空互联网产业的健康发展,应快速抢占市场先机,联合产业各合作方开展基于具体应用场景的产业应用试点,系统谋划航空互联网发展商业模式,充分展示航空互联网赋能产业发展的出色能力,形成一批垂直行业发展特色范本,逐步推动航空互联网产业应用向其他行业渗透落地,最终形成特色鲜明应用成熟的航空互联网产业集群,在市场竞争中抢占主导地位。

六、结束语

航空互联网网络接入具备政策和技术可行性,拥有广阔的市场空间和成熟的产业价值链条,能够为民用航空带来全新的增值服务增长点,有着光明的发展前景。卫星通信作为先进的机载网络接入方案,将为航空互联网的发展提供强大的支撑,通过卫星通信运营商与航空公司合作,深度整合从飞机制造/租赁到设备生产到内容提供商的产业上下游资源,打通产业链关键环节,助推我国民航业信息化智慧化转型,拥抱产值高受众广的航空互联网蓝海市场,成就商业价值和社会效益。

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