衛(wèi)星通信運營數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵要素

文 | 沈永言 中國衛(wèi)通集團股份有限公司

一、前言

近年來，在高通量衛(wèi)星（HTS）、非靜地軌道（NGSO）星座、小衛(wèi)星制造等技術(shù)的推動下，全球衛(wèi)星通信行業(yè)進入了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)階段，并發(fā)生了結(jié)構(gòu)性的變化。在容量供應(yīng)和帶寬價格方面，現(xiàn)在一顆普通HTS 容量就達數(shù)百吉比特每秒（Gbit/s），相當于傳統(tǒng)衛(wèi)星通信容量的數(shù)百倍。低成本HTS 的大量投放使得全球衛(wèi)星通信容量供大于求，對傳統(tǒng)固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)（FSS）運營商形成巨大的經(jīng)營壓力。在業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)和商業(yè)模式方面，傳統(tǒng)FSS 運營行業(yè)以轉(zhuǎn)發(fā)器租賃和視頻傳輸服務(wù)為主體業(yè)務(wù)。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得衛(wèi)星通信運營的主體業(yè)務(wù)正在從視頻傳輸轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)（含短視頻和流媒體）。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)通常是天地一體化設(shè)計，這要求運營商必須向市場提供端到端的網(wǎng)絡(luò)零售或批發(fā)服務(wù)，或向虛擬運營商提供網(wǎng)絡(luò)平臺服務(wù)。

進入衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)階段后，衛(wèi)星通信運營將加速向地面電信和互聯(lián)網(wǎng)方向轉(zhuǎn)變，這將帶來寬帶接入、機載通信、內(nèi)容投遞等市場機遇，同時也將面臨來自整個信息通信行業(yè)的激烈競爭?？v觀信息通信行業(yè)，進入互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)階段后，電信運營商受到互聯(lián)網(wǎng)公司IP 電話、IP 視頻等OTT 業(yè)務(wù)的巨大沖擊，被動扮演“管道商”的角色，面臨業(yè)務(wù)增量不增收的被動局面。近年來，為擺脫“管道化”困境，全球電信運營商紛紛開展包括網(wǎng)絡(luò)、運營組織和人才等層面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，積極開拓視頻、云服務(wù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、支付金融等藍海市場，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

二、衛(wèi)星通信運營數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大要素

衛(wèi)星通信運營是衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的主體，也是電信運營和信息通信服務(wù)行業(yè)的重要組成部分。HTS、NGSO 星座只是衛(wèi)星通信行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，面對行業(yè)自身的結(jié)構(gòu)性變化和信息通信行業(yè)的激烈競爭局面，衛(wèi)星通信運營也需要從衛(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)、運維和組織人才等方面進行全面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以提高衛(wèi)星靈活性、網(wǎng)絡(luò)可塑性、運營智能性。

1. 衛(wèi)星靈活性

如果說衛(wèi)星是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的核心，那么天線、轉(zhuǎn)發(fā)器等有效載荷就是衛(wèi)星的核心。近年來，為提高衛(wèi)星通信的市場應(yīng)變和服務(wù)能力、降低衛(wèi)星通信的運營成本，衛(wèi)星通信行業(yè)開始大規(guī)模應(yīng)用軟件定義衛(wèi)星、靈活載荷等技術(shù)。它們大同小異，靈活性是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備的性能和能力，軟件定義是實現(xiàn)這些性能和能力需要采用的手段。

衛(wèi)星靈活性主要體現(xiàn)在天線、射頻和中頻與基帶處理三個載荷部分。天線部分側(cè)重于波束覆蓋靈活性，它主要通過傳統(tǒng)無源反射面天線的機械/電子調(diào)節(jié)，或有源陣列和波束成形網(wǎng)絡(luò)（BFN）來實現(xiàn)波束移動、縮放、形變以及數(shù)量調(diào)節(jié)。射頻部分對應(yīng)頻率和功率靈活性，主要利用變頻器和寬帶、中心頻點可調(diào)節(jié)的濾波器，改變單個信道的頻譜特性，而可步進制調(diào)整的功放或多端口功放與上述設(shè)備配合，能夠按需調(diào)節(jié)傳輸速率或帶寬。中頻與基帶部分對應(yīng)連接靈活性。利用數(shù)字信道化器（又稱為半再生處理器），可對中頻信號進行處理，實現(xiàn)載波級的連接和交換。利用完全再生處理器，進行協(xié)議和信息處理，可實現(xiàn)面向應(yīng)用級的路由和交換。

衛(wèi)星靈活性中的關(guān)鍵技術(shù)有多波束天線、信道化器和跳波束等。有源陣列天線在BFN 的支持下，可以任意調(diào)節(jié)波束的位置、形狀、大小和數(shù)量。數(shù)字信道化器又稱為數(shù)字透明處理器（DTP），它可以在數(shù)字域完成載波信號的變頻、濾波等功能，以實現(xiàn)不同波束載波信號的交換、連接，從而實現(xiàn)多點波束和大波束衛(wèi)星在應(yīng)用模式上的統(tǒng)一。跳波束利用時間分片技術(shù)，根據(jù)不同波束上業(yè)務(wù)量的不同，有針對性地應(yīng)用衛(wèi)星頻率和功率資源，以大幅提高HTS 資源利用效率。圖1 為跳波束原理示意圖。

圖1 跳波束原理示意圖

目前，全球主要衛(wèi)星制造商和運營商都在開展靈活性載荷和衛(wèi)星的研發(fā)和應(yīng)用。在制造商方面，泰雷茲、波音、空客分別擁有Space Inspired、702X和OneSat 靈活性衛(wèi)星。在運營商方面，歐洲通信衛(wèi)星公司（Eutelsat）的量子（Quantum）衛(wèi)星由空客公司開發(fā)，被認為是全球首顆真正意義上的軟件定義或靈活衛(wèi)星，它通過軟件驅(qū)動，可實現(xiàn)覆蓋范圍、工作頻率和信號功率的動態(tài)協(xié)調(diào)。國際通信衛(wèi)星公司（Intelsat）Epic 系列HTS 采用了波音公司最新的數(shù)字信道化器技術(shù)，以實現(xiàn)跨波束或波束內(nèi)的單跳通信，從而保證后向兼容，老用戶的終端可以直接接入Epic HTS 系統(tǒng)。此外，作為靈活性衛(wèi)星最基本形式的移動點波束已廣泛應(yīng)用于Inmarsat-5等地球靜止軌道（GEO）HTS 和“星鏈”（Starlink）、“柯伊伯”（Kuiper）、加拿大電信衛(wèi)星（Telesat）星座等NGSO 計劃之上。

2. 網(wǎng)絡(luò)可塑性

所謂網(wǎng)絡(luò)可塑，又稱為網(wǎng)絡(luò)軟化，其核心思想是通過軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的組合應(yīng)用，實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IT 化，進而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源按需定制和高效運營。目前，SDN、NFV 已成為5G 移動互聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

SDN 的最大特點是控制和轉(zhuǎn)發(fā)的分離，這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)了控制邏輯的集中。SDN 控制器能夠獲取網(wǎng)絡(luò)的全局靜態(tài)拓撲、全網(wǎng)動態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)表信息、資源利用效率及故障狀態(tài)等全局信息，并依據(jù)業(yè)務(wù)需求實現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)配和優(yōu)化。分組轉(zhuǎn)發(fā)（數(shù)據(jù)平面）則利用廉價的交換機芯片來實現(xiàn)流量的高效轉(zhuǎn)發(fā)。NFV 通過通用的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)硬件平臺和虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)軟硬件解耦和功能抽象，以軟件定義的方式來實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能，從而降低專用通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器、交換機、防火墻等）成本，以提高系統(tǒng)靈活度、可靠性等。

SDN 和NFV 的組合應(yīng)用，可以實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)切片和功能組合，以實現(xiàn)對不同業(yè)務(wù)、各種虛擬專網(wǎng)、多租戶等的支持。所謂多租戶，就是通過同一底層基礎(chǔ)設(shè)施提供多個隔離網(wǎng)絡(luò)，如面向5G 三大應(yīng)用場景的移動寬帶網(wǎng)、大連接物聯(lián)網(wǎng)和低時延任務(wù)關(guān)鍵性物聯(lián)網(wǎng)?；赟DN、NFV，新網(wǎng)絡(luò)功能和新業(yè)務(wù)可以快速開發(fā)，并基于實際業(yè)務(wù)需求進行自動部署、彈性服務(wù)、故障隔離和快速自愈等，以滿足未來網(wǎng)絡(luò)的靈活運營需要。5G 網(wǎng)絡(luò)切片管理功能如圖2 所示。

圖2 5G 網(wǎng)絡(luò)切片管理功能

在全IP 設(shè)計以及衛(wèi)星與5G 融合發(fā)展階段，在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)中引入SDN、NFV 勢在必行。實際上，一些VSAT 設(shè)備廠商已經(jīng)在積極將SDN、NFV 技術(shù)導(dǎo)入其解決方案之中。與移動互聯(lián)網(wǎng)類似，除了SDN、NFV，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也要組合應(yīng)用移動邊緣計算（MEC）。應(yīng)用MEC 的原因在于，面對帶寬超高、密度超大、時延超低等應(yīng)用，基于NFV 和SDN 技術(shù)的云化核心網(wǎng)解決方案無法保證業(yè)務(wù)的速度和延遲要求，需要在移動互聯(lián)網(wǎng)邊緣引入計算和存儲資源，以提高服務(wù)響應(yīng)速度，降低帶寬需求。相對于移動互聯(lián)網(wǎng)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的帶寬更小、時延更大，因此，在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的終端應(yīng)用MEC 就更為必要。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)相互融合的軟化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 天地一體化軟化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（SDN：軟件定義網(wǎng)絡(luò)；NFV：網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化；MEC：移動邊緣計算；NMS：網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)）

在天地一體化軟化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，SDN、NFV 和MEC 三者協(xié)同作用，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理、調(diào)度協(xié)同。NFV 技術(shù)是軟化網(wǎng)絡(luò)的基石，它通過在各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署通用的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)硬件資源，利用NFV 管理模塊的資源管理和分配功能，虛擬化出各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括SDN 交換機、SDN 路由器、MEC 內(nèi)容緩存和分發(fā)服務(wù)器等。基于NFV 的SDN控制器負責(zé)控制網(wǎng)關(guān)中的交換機、路由器和用戶終端，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流的分類轉(zhuǎn)發(fā)。NFV 為MEC 提供計算和存儲資源，實現(xiàn)內(nèi)容存儲、內(nèi)容分發(fā)、位置服務(wù)、時延敏感型服務(wù)等。SDN、NFV 和MEC 三者協(xié)同工作，可以支持虛擬運營商、業(yè)務(wù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)融合和上載、數(shù)據(jù)緩存和多播等多種應(yīng)用。目前，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商Newtec 公司等已經(jīng)在開發(fā)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為面向移動回傳、OTT 廣播、寬帶和移動市場的5G 衛(wèi)星解決方案鋪平道路。

3. 運營智能性

為了滿足用戶實時性、個性化的新需求，電信和衛(wèi)星通信運營商必須從傳統(tǒng)大而全的運營模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄艿倪\營模式。智能運營可以有效提升設(shè)施性能、降低運營成本，助力運營商獲得豐富的產(chǎn)品體系、自動化的業(yè)務(wù)流程、更佳的用戶體驗、更多的合作模式。在引入SDN、NFV 之后，只有構(gòu)建智能運營支撐系統(tǒng)，才能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運營由被動服務(wù)到主動智能運維轉(zhuǎn)變、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)由規(guī)劃牽引到按需動態(tài)布放轉(zhuǎn)變、網(wǎng)絡(luò)體系由封閉到網(wǎng)絡(luò)能力開放轉(zhuǎn)變。

電信運營商傳統(tǒng)運營架構(gòu)大體按前端市場和后端網(wǎng)絡(luò)運維進行劃分，呈現(xiàn)兩層運營體系。隨著網(wǎng)絡(luò)軟化，各種網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品創(chuàng)新將會層出不窮。未來的運營商需要更強的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品創(chuàng)新能力，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的研發(fā)與運維職能更突出，也更復(fù)雜。由此網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的研發(fā)與運維職能需要獨立出來，運營商的運營架構(gòu)將由兩層演變?yōu)槿龑?。這三層包括網(wǎng)絡(luò)運維層、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品研發(fā)與營銷服務(wù)層。其中，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品研發(fā)是新出現(xiàn)的一層，它是將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中市場前端的一部分職能和網(wǎng)絡(luò)運維后端的一部分職能分離后有機組合而來。而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運維層將與業(yè)務(wù)的本身相對脫離，更加聚焦于網(wǎng)絡(luò)本身的安全穩(wěn)定運行和維護。

網(wǎng)絡(luò)軟化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)本身軟件和硬件分離，即分為基礎(chǔ)資源層和網(wǎng)絡(luò)功能層兩個橫向?qū)蛹?。為了協(xié)同基礎(chǔ)資源層和網(wǎng)絡(luò)功能層，保障全程全網(wǎng)的穩(wěn)定運行和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的實現(xiàn)，管理編排層出現(xiàn)并擔負起編排管理和業(yè)務(wù)實現(xiàn)的責(zé)任。這樣，網(wǎng)絡(luò)運維側(cè)傳統(tǒng)的煙囪式運維架構(gòu)不再適應(yīng)新的分工體系，需要由縱向垂直化的架構(gòu)轉(zhuǎn)化為橫向水平化的架構(gòu)，管理和流程設(shè)計也需要按水平結(jié)構(gòu)考慮。因此，網(wǎng)絡(luò)運維層按基礎(chǔ)設(shè)施硬件管理、網(wǎng)絡(luò)功能軟件管理、網(wǎng)絡(luò)編排管理進行分工，分為基礎(chǔ)設(shè)施層、網(wǎng)絡(luò)功能層和管理編排層三層，如圖4 所示。

圖4 基于SDN/NFV 的電信運營支撐系統(tǒng)架構(gòu)

其中，基礎(chǔ)資源層主要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)實體硬件資源的管理和維護，以及虛擬化運營系統(tǒng)（OS）的管理和維護；網(wǎng)絡(luò)功能層需要針對網(wǎng)絡(luò)微功能進行規(guī)劃、管理和維護；而管理編排層的主要職責(zé)是對用于管理和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)微功能和其他軟件組件的管理框架（MANO）進行管理和維護。天地一體化設(shè)計之后，衛(wèi)星通信運營支撐系統(tǒng)的架構(gòu)將與電信運營支撐系統(tǒng)大同小異。

三、結(jié)語

衛(wèi)星通信運營數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個牽一發(fā)動全身的系統(tǒng)工程，衛(wèi)星靈活性、網(wǎng)絡(luò)可塑性、運營智能性無疑是衛(wèi)星通信運營數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必要基礎(chǔ)，但是，它們的實現(xiàn)和運行還需要得到組織敏捷性和人才復(fù)合性的支撐和保障。

衛(wèi)星靈活性、網(wǎng)絡(luò)可塑性、運營智能性對原有衛(wèi)星通信運營模式提出了極大的挑戰(zhàn)，它們要求衛(wèi)星通信運營從工作內(nèi)容、組織方式及流程協(xié)作上都要做出變革。首先，運營商需要將運營組織從傳統(tǒng)的前端市場和后端網(wǎng)絡(luò)運維兩層架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)運維、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品研發(fā)與運維、營銷服務(wù)三層架構(gòu)。其中，隨著網(wǎng)絡(luò)軟化的不斷深入，傳統(tǒng)的按專業(yè)劃分的網(wǎng)絡(luò)運維架構(gòu)將被打破，網(wǎng)絡(luò)運維將向自動化、智能化升級，縱向垂直化專業(yè)分工將轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向水平化分層管理，同時要求增強軟件編程能力，壯大IT 研發(fā)團隊，增加對網(wǎng)絡(luò)微功能軟件管理和編排管理新職能。其次，為了滿足多元的應(yīng)用場景和差異化的客戶需求，運營商借助網(wǎng)絡(luò)管理編排能力，將傳統(tǒng)統(tǒng)一運營的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)榘葱枨衅姆?wù)模式。產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)和運營人員需要建立起一體化和團隊化的工作機制。第三，市場前端與網(wǎng)絡(luò)后端的銜接將變得更加頻繁和緊密，二者不僅需要對產(chǎn)品現(xiàn)有的質(zhì)量進行溝通協(xié)調(diào)，還需要共同參與產(chǎn)品的開發(fā)、迭代和優(yōu)化。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個長期演進的過程，衛(wèi)星通信運營商人才轉(zhuǎn)型工作需要提早布局和長遠謀劃，而數(shù)字化轉(zhuǎn)型要求人才素質(zhì)和人才結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型同步進行。在衛(wèi)星通信運營數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的部署和管理方式會發(fā)生根本改變，這對網(wǎng)絡(luò)運維人員提出多元化的技能要求，需要相關(guān)人員掌握更高層次的通信技術(shù)/信息技術(shù)（CT/IT）能力，成為兼具IT 和CT 能力的復(fù)合型人才。這要求衛(wèi)星通信運營商從薪酬機制和文化氛圍等方面加大人才的外部獲取和內(nèi)部培養(yǎng)力度。短期來看，外部獲取是運營商快速獲取新型能力的有效途徑，但長期來看，內(nèi)部培養(yǎng)才是最根本的人才轉(zhuǎn)型模式。其中，建立內(nèi)部自研體系、強化復(fù)合型人才培養(yǎng)，聯(lián)合政府、高校、合作伙伴等共同按需培養(yǎng)，推動內(nèi)部人員合理流動，優(yōu)化人才結(jié)構(gòu)，是三種重要的人才培養(yǎng)模式。