今天，互聯網家喻戶曉，移動互聯網如日中天，而衛星互聯網也在冉冉升起。這些網絡就像同交通、電力、燃氣、自來水等一樣，都是人類社會不可或缺的基礎設施。如果說早先基礎設施傳遞的是物質和能量，那么互聯網、移動互聯網和衛星互聯網等傳遞的則是信息，所以它們被稱為信息基礎設施。與物質和能量不同，信息具有天然的滲透性、知識性和智能性，其生產、傳遞的邊際成本要遠小于物質和能量，因此，它對人類社會發展的推動作用要遠大于物質和能量。
在我國為應對新冠疫情對全球經濟的影響而啟動的新基建中，5G、物聯網、工業互聯網、衛星互聯網等信息基礎設施，以及與其相關的智能交通、智慧能源等基礎設施都成為主要的建設內容。衛星互聯網被列入新基建范圍讓我國衛星通信業內人興奮不已，整個行業似乎突然有了一種翻身做主人的感覺。毫無疑問，衛星互聯網被列入新基建范圍對我國衛星通信的發展是個大好事。此時此刻，要知道新基建的內容從何而來，就有必要回顧一下互聯網、移動互聯網衛星互聯網的發展簡史。因為，溫故而知新。
2、互聯網一統天下
說到互聯網，不得不望文生義。互聯網起源于美國，其英文名字叫Internet，它最初曾被我國音譯成因特網。從字面上看，Internet是由Inter和net組合而成，表示相互連接起來的網絡。互聯網始于1969年美國ARPA（國防部研究計劃署）啟動的用于軍事通信目的的網絡互連研究項目，連接的對象主要的計算機。在那個年代，PSTN（公用電話網）、X.25（公用數據網）和DDN（公用數字數據網）以及IBM的DEC等公司的專網等都是服務于特定領域的業務網絡，彼此異構，不能互通。ARPA網絡互聯研究項目計劃開發出一套以TCP/IP（傳輸控制協議/互聯網協議）為核心的協議族，其目的是將各種異構網絡相互連接起來，實現計算機之間的互聯互通。所以，初期的互聯網又叫計算機網。
TCP/IP是從ISO（國際標準化組織）的OSI（開放系統互連）七層協議簡化而來的，共分物理、鏈路、網絡、傳送和應用五個層次。物理層是實現信號在各種介質上的傳輸，信道編碼和調制解調是其中的主要技術；鏈路層實現網絡節點之間的點到點傳輸，同步、糾錯是其中的主要技術；網絡層實現數據包在從信源到信宿的投遞，路由選擇和交換是其中的主要技術；傳送層實現端到端的會話和確認；應用層為各種應用提供接口和界面。IP和TCP分別對應于網絡和傳送層，其中IP又是互聯網協議族的中樞。
互聯網中的節點就是大家所熟知的路由器，它用IP協議將各種異構網絡連接在一起。終端用戶數據被封裝成統一格式的IP數據包，其中包括全球唯一的IP地址。IP數據包封裝在各種網絡協議之上，由路由器來進行數據包的路由選擇和接力傳遞，這個過程被形象地稱為IPover everything，這個everything指的是各種異構網絡。
圖1互聯網協議組合系統模型
早期，路由器不得不處理各種網絡協議，如X.25、FrameRelay、ISDN（綜合業務數字網絡）和ATM（異步傳輸模式）等。因為使用的人不多，處理的數據量不大，一般的路由器可以得心應手。1993年，美國克林頓政府提出國家信息基礎設施（NII）或信息高速公路計劃，人們對信息網絡重要性的認識得到空前的提高。互聯網因為其強大的開放性和包容性脫穎而出，很快超越了電信行業精心設計的ISDN和ATM等網絡。基于html（超文本標記語言）的WWW（萬維網）的流行、語音和視頻的分組化和IP包化傳輸豐富了互聯網的應用，也使得網上的數據量呈現指數增長，這對互聯網原有的數據傳輸和交換模式都形成了巨大的沖擊。
為了應對以上沖擊，互聯網有三個重要的解決之道。一是用在大容量SDH（同步數字體系）光纖網絡之上運行PPP（點對點協議），來在骨干、匯聚和接入層取代各種低速的業務網絡，二是在路由器中引入MPLS（多協議標記交換）等技術來提高數據的處理速度。根據應用場景和業務處理能力的不同，路由器響應地分為骨干、匯聚和接入路由。此外，還有家庭路由器。三是對各種應用數據劃分優先級，對話音等應用提供電信級的服務。此外，在互聯網商業化過程中，網絡接入技術也是前仆后繼，基于電話雙絞銅線的xDSL（數字用戶線路）、基于有線電視電纜的DOCSIS（有線電纜數據服務接口規范）都發揮過重要的支撐作用，但最終都被WiFi（無線保真）無線網絡和各種PON（無源光網絡）光纖網絡所取代。
至此，互聯網完成了華麗的轉身，它不再寄人籬下，而是自立門戶，并且在三網融合中實現對電話網和有線電視網的整合。今天人們習以為常的IP電話、IPTV和OTTTV就是三網融合的典型產物。它們在應用形式上像電話網、電視網，但是網絡結構卻是互聯網。這個結果被人們形象地成為EverythingoverIP，這里的Everything指的是各種內容和應用。今天國外的Facebook、google和Twitter以及國內的百度、阿里和騰訊等所謂互聯網公司實際都是在從事互聯網應用，如電子商務、社交網絡等，而物理意義上的互聯網則主要掌握在電信運營商手里。
3、移動互聯網攻城略地
應該說，盡管無線、微波傳輸也曾發揮一定的作用，但互聯網最初主要是在有線網絡之上發展起來的。互聯網的目標在于網絡互聯，實現全世界的計算機聯合起來，移動網絡的目標在于實現隨時隨地通信。從上個世紀七十年到現在，移動通信基本上每隔十年就更新換代一次。如果說，最初的1G是模擬話音移動通信系統，與互聯網沒有關聯，那么，從2G數字通信開始，移動通信的每一步發展都受到互聯網的強大影響，并且最終成為互聯網的重要組成部分和應用形式，而且大有后來居上勢頭。
移動通信逐步融入互聯網、發展成為移動互聯網是在2G和3G時期完成過渡的，其起點是2G時期的GPRS（通用分組無線業務）。GPRS是在GSM網絡話音電路交換基礎上引入的無線分組交換技術，以提供端到端的、廣域的無線IP連接和數據傳輸。GPRS是GSM網絡向3G過渡的2.5G技術，它實現了移動通信與互聯網的對接，其理論帶寬可達171.2Kbps，實際大約在40~100Kbps。在GPRS之上，WAP（無線應用協議）把互聯網上的HTML數據轉換成用簡單的WML（無線標記語言）格式，以適應當時網速和手機智能化程度都受限的應用場景。
進入3G時代后，為了滿足蘋果之類智能手機和各種增值應用帶來的帶寬增長需要，比GPRS速率更高的HSDPA（高速下行分組接入）和HSUPA（高速上行分組接入）及其加強版HSPA+等技術開始陸續登場。HSPA+的上行速率達5.76Mbps，下行速率達21Mbps或28Mbps。
圖2 2G和3G時期移動互聯網的演技過程
與2G、3G通過電路和分組域來分別傳輸話音和數據不同，4G徹底取消了電路域，用統一的分組域來承載所有的業務，它通過IMS（IP多媒體子系統）來處理話音等實時性的業務，VoLTE（長期演進語音承載）就是一個在IP之上傳輸話音的標準。可見，4G讓移動通信脫胎換骨，變成了真正的移動互聯網。進入5G移動互聯網階段，其應用領域已從普通互聯網應用擴展到物聯網、車聯網和工業互聯網。不僅如此，5G還實現了物聯網、云計算、大數據和區塊鏈技術的系統整合，使得整個社會走向人工智能時代。人工智能時代的互聯網更像人的大腦，它有聽覺、視覺、觸覺，可以分析、計算、存儲、判斷，最終可能會有自我意識。
圖3 5G階段互聯網的智能特征
4、衛星互聯網開疆拓土
雖然地面互聯網已非常發達，但它僅覆蓋地球陸地面積的20%、地球表面的5.8%。要真正實現5G的萬物互聯和隨遇接入愿景，還需要借助可以真正全球覆蓋的衛星互聯網。
應該說，衛星通信網絡的互聯網化早在2000年之前就已開始，其中，VSAT網絡與DVB-S（數字視頻廣播—衛星）、DVB－RCS（數字視頻廣播—衛星回傳信道）等標準的結合是關鍵的一環。DVB-S原來是ETSI（歐洲電信標準協會）開發的一套用于衛星數字視頻廣播的技術標準，包含信源編碼以及信道編碼和調制。后來，隨著衛星信道編碼和調制技術的進步，ETSI又先后提出DVB-S2和DVB-S2X標準，其周期恰好也是十年。DVB－RCS是ETSI為了滿足衛星寬帶通信的發展需要而提出的回傳信道標準。DVB-S系列和DVB－RCS標準得到全球VSAT網絡設備主流廠商的共同支持，這使得全球VSAT網絡有了共同的開放標準，從而為衛星通信網絡的IP化和衛星互聯網的發展奠定了堅實的基礎。
在基于DVB-S系列和DVB－RCS標準的衛星互聯網前向信道中，IP數據包采用MPE（多協議封裝）進行分段，然后裝入到MPEG2-TS（傳輸流）包中。反向信道的IP數據包可以采用ATM或MPE來分裝，然后裝入到MPEG2-TS。最初，這類衛星互聯網的前向信道速率可達45Mbps，反向信道速率可達2Mbps。隨著大容量HTS（高通量衛星）和更高效率信道編碼調制技術的推出，前向信道和反向信道速率都得到十倍以上的提升，它們充分滿足了消費者寬帶接入、移動平臺接入、基站中繼、內容投遞等應用的帶寬需求。
圖4衛星互聯網的應用場景
目前，衛星互聯網主要是以HTS的形式出現，它們共有GEO（高軌）、MEO（中軌）和LEO（低軌）三種形式。其中GEOHTS系統傳輸時延較長，高緯度地區覆蓋能力較弱，但系統結構簡單，可以廣域覆蓋，適合機載通信、海事通信、消費者寬帶接入、視頻廣播和內容投遞之類應用；LEOHTS復雜一些，但時延較短，可以實現全球無縫覆蓋，適用于基站中繼、物聯網等低時延類應用；MEOHTS則介于前面兩者之間。在GEO衛星方面，北美Viasat公司Viasat-2和Hughes公司Jupiter-2兩顆在軌HTS的容量分別達到300Gbps和220Gbps，在建的Viasat-3和Jupiter-3容量將分別達到1Tbps和500Gbps，而傳統通信衛星容量只有1Gbps左右。在MEO星座方面，SES公司旗下的O3b目前在軌20顆，主要應用是中繼和回傳。2017年11月，O3b計劃新增30顆衛星。在LEO星座方面，SpaceXLEO星座一馬當先，最終計劃發射4.2萬顆衛星。目前，SpaceX已經通過一箭60星技術完成七次發射，當衛星數量達到800顆就可具備初步的服務能力。值得一提的是，DVB-S系列和DVB－RCS標準主要適用于GEO衛星。對于MEO和LEO衛星，由于信道特性的改變，通常需要更合適的空口標準和協議，但是VSAT網絡方面大同小異。
衛星互聯網是互聯網，尤其是移動互聯網的自然延伸。為了促進衛星互聯網與5G的融合，ITU、3GPP、SaT5G（衛星5G聯盟）和CBA（C波段聯盟）等國際標準化組織都在開展相關研究工作。在2019歐洲網絡與通信大會（EuCNC2019）上，SaT5G進行了一系列衛星5G演示：
1）利用衛星和地面網絡的MEC（移動邊緣計算）：比特率自適應、鏈路選擇、增強視頻流傳輸；
2）基于衛星組播技術的視頻緩存和實況內容分發；
3）基于MEO衛星的航空機載通信；
4）利用混合回傳網絡和MEC的5G本地內容緩存；
5）衛星網絡5G視頻演示；
6)面向農村市場和大型集會事件擴展服務的混合5G基站中繼。其中，機載通信和農村寬帶最具吸引力。
2019年5月，Telesat、英國薩里大學與比利時Newtec聯合進行了LEO衛星5G回傳測試，往返時延為18-40毫秒，主要應用包括8K流媒體傳輸、網頁瀏覽和視頻通信。這些試驗成果表明，衛星互聯網與5G已經實現全面的融合。衛星互聯網將為互聯網和移動互聯網展現廣闊的發展空間，在普遍服務方面發揮獨特作用，讓人類所有成員享受上網和信息服務的基本權利。
5、結語
互聯網、移動互聯網和衛星互聯網的發展歷程是人類信息通信應用不斷豐富、活動范圍不斷擴大的過程，或者說是從固定到移動、從地面到海空、從網絡到信息、從應用到智能不斷升華的過程。其中，互聯網實現了三網融合，移動網絡基本實現了隨遇接入和萬物互聯，衛星互聯網實現了空天地海全球覆蓋。如果說衛星互聯網和5G的融合還僅僅停留在通信范圍，那么在即將到來的6G中，衛星互聯網、衛星導航、衛星遙感都將會大顯身手。
在信息網絡天地一體化時代，互聯網、移動互聯網、衛星互聯網以及衛星導航和衛星遙感的全面發展和相互融合才能構建完整的國家信息基礎設施，才能真正實現網絡強國和航天強國，這正是我國開展天地一體化信息網絡重大工程建設，并在新基建中啟動衛星互聯網建設的意義所在。
值得注意的是，互聯網和移動互聯網之所以蓬勃發展、深入人心，主要得益于技術、網絡和市場等方面的開放性。在未來的天地一體信息基礎設施中，衛星互聯網以及衛星導航和衛星遙感能有多大規模的發展同樣依賴于技術、網絡和市場方面的開放性。
