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想在万米高空实现“上网自由”,为什么这么难?

北京科技报社
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在网络高度普及的当下,许多客机仍被戏称“远离互联网的最后一片净土”。机载WiFi为何“网速感人”?民航业何时才能进入网络时代?

采访专家

张 弛 (科普达人“奥卡姆剃刀”、通信专业教师)

王亚男 (《航空知识》杂志主编、中国航空学会科普工作委员会委员)

2018年被人们称作“中国机载WiFi元年”。当年1月,我国民航总局发布了《机上便携式电子设备(PED)使用评估指南》。随后,民用飞机上电子设备正式解禁,乘客可以在“飞行模式”下使用手机连接互联网。

如今,机载WiFi即将来到第四个年头,然而《2020年民航行业发展统计公报》显示,截至2020年底,国内仅有11家航空公司的213架飞机具备空中接入互联网能力,覆盖率不足6%,且有联网能力的飞机基本分布于宽体大型客机当中。

(来源:delta.com)

在互联网已经高度产业化的当下,民航客机却仍然无法实现上网自由,甚至被戏称为“打工人最后一块净土”。这也让人思考,坐拥百亿级市场规模的国内民航业,究竟何时才能真正进入“网络时代”?

两种机载WiFi技术各有局限机载WiFi的原理并不复杂,科普达人、通信专业教师张弛(奥卡姆剃刀)告诉记者,按照连接方式划分,可以分为空对地联网和卫星信号两类。

空对地法(Air-to-Ground)也称ATG法,就是沿着飞行航路或特定空域,在地面建设飞机专用通讯基站,然后利用地面基站与飞机直接进行信息传输。由于这种方法十分依赖地面基建,其缺点也比较明显:如果遇到山川海洋等特殊地形,基本无法修建基站。正因如此,ATG法有很强的局限性。

相比之下,“空对空”的传输方案则可以规避地形上的限制。采用卫星信号法的飞机可以不通过地面基站,直接和卫星互相“沟通”进行上网。

根据国际电信联盟《无线电规则》的规定,无线电通信的不同业务有不同频段。例如,卫星通信最常用的频段是C(4-8GHz)和Ku(12-18GHz)频段,后者是航空公司提供WiFi服务的主流选择。然而,在Ku频段进行通信的速度并不快,实际体验类似地面2G或3G网。雪上加霜的是,机身姿态的不同还会导致信号接收受到比较大的影响,让网速变得更慢。

▲ATG和卫星通信,是目前主流的两种航班联网技术(来源:gogoair.com)

当然,相关技术一直在不断的改进当中。一方面,速度更快的Ka频段卫星通信在国内已经开始商用;另一方面,传统Ku卫星也正在向Ku高通量卫星网络升级。据媒体报道,如今东航已经把网速提高到27.5M/秒,网速可以媲美4G网;吉祥航空的波音787机队也升级为搭载Ku高通量卫星通信系统,让乘客告别“龟速”网络。

其实,无论采用ATG模式还是卫星通讯,都是从飞机外部接入互联网的方法。坐在飞机内的乘客,则都是通过机内WiFi来实现高空上网的。这套系统中,机载通讯组件可实现与电信运营商、服务提供商的数据中心之间的互联互通,而机载服务器+机载无线热点组成了飞机内的无线局域网,为用户提供熟悉的Wi-Fi上网环境。

机载WiFi的发展遇到什么瓶颈?
随着地面上的网速越来越快,民用航空全面接入互联网也成为大势所趋。2018年,机载WiFi刚刚开放之时就曾有机构预测:到2021年,中国民航客机上可以连接互联网的飞机将超过2400架,占飞机总数的50%。

但这项预测显然过于乐观了。截至2020年底,国内机联网的比例仍不足6%,大部分乘客无法享受空中上网的服务;即便“有幸”连上WiFi,体验可能也达不到人们的预期,有时甚至连文字消息都无法正常收发。

▲来自卫星的信号,有时会被机尾等挡住,无法到达飞机顶部的天线罩(来源:SAS)

机载WiFi为何“一网难求”?张弛认为, ATG通信和卫星通信模式技术上的特点,限制了它们各自的发展。例如,即便ATG通信的速度得到增加,由于其只限部分陆上地区使用,一到海上基本失灵,所以不适合跨国、远途航班,但这些长途航班的乘客才是对机联网需求最大的一部分。

而卫星通信信道价格不菲。现在的宽体客机,乘客普遍在300-400人,卫星通信信道要是供给飞机上那么多人使用,每个人分配的速率就变得很低,这是物理上的限制。

技术层面以外,《航空知识》杂志主编、中国航空学会科普工作委员会委员王亚男分析认为,空中联网进展缓慢也与成本、市场和政策密不可分。

实现飞机上网需要改造旧的设施或者新建设备,这些硬件大致可以分为租赁卫星、机上设备和地面基站三大部分。其中,机上设备包括地空通讯组件、机载服务器等,进口的品牌一套价格在600万元,国产设备价格也在200-300万元。

对于一架价值数亿元,机龄几十年的飞机来说,几百万的改造成本可能不算高。但问题在于,即便航空公司给全航司飞机都配上WiFi,并向通信设备提供商、网络运营商支付不菲的价格,最终仍会因为网速的限制得不到乘客认同,可谓“赔了本又赚不到吆喝”。

▲设备供应商在测试机底部安装的ATG天线(来源:gogoair.com)

在机载WiFi的商业化运作上,国内几大航空公司也不算成熟。记者了解到,目前国航、海航都提供免费的上网服务,南航采取积分兑换制,只有东方航空明确了付费服务,但价格也不高——不限量上网服务的价格为50元人民币,或可使用2500积分(消费约合2.5万元)兑换。

“国内民航客机想要改装机载网络设备,还需要向民航总局报备申请,有一定流程手续,经过批准才能执行。”王亚男说。由于政策限制,国内ATG方案还处于试验装机阶段,不管是电信运营商还是航空设备制造商,都必须遵循相关的电信管理法规要求,经过相关的审批和许可才能应用。

综合种种因素,即便大部分客机都具备搭载机上WiFi的条件,但机上网络改装进度仍然缓慢。

民航运输“网络荒漠”已被重视目前,中国已经发展成为全球最大的互联网使用国家,拥有超过10亿互联网用户,同时也是全球第二大航空运输市场。所以理论上,我国航班对于机载无线网的需求很大。另外,随着未来全球新冠疫情趋于平稳、5G通讯的全面普及,盲区与机遇并存的民航运输“网络荒漠”可能成为全新的商机。

(来源:arstechnica.com)

据了解,目前的航空低空通信技术(即飞行员和控制塔台之间的通讯方式)仍然比较原始。失联的马航737客机从雷达上消失以后,塔台除了通过无线电呼叫飞行员以外束手无策,最终依靠卫星通讯与客机的“握手”才确定飞机航向。

因此,航空行业已经有一个发展共识:未来的飞机,彼此之间应该形成联网。王亚男介绍说,飞机之间互相有信号接收,可以实现空域内所有飞机态势的感知:“可以想象,未来飞机一定是个高水平的信号发送和收集单元。”

“即使不考虑乘客使用WiFi,(未来的)飞机也会成为一个很大的WiFi路由器,保证空地通讯有更高的速度和更快的流量。在这个基础上,满足乘客的网络通讯需求,就是水到渠成的事情了。”王亚男说。

近两年来,国内各方力量都在加速推进机载WiFi的实现。ATG模式方面,去年12月以来,中国电信和东航、吉祥航空合资成立了“空地互联”;腾讯、海航和深圳多尼卡航空合资成立了“飞享互联”。这些合作一方面可以让运营商更好地修建地面基站、服务空中用户;另一方面,更多企业的参与有助于业界完善商业模式,探寻出一条符合航空公司和用户利益的商业化空中联网路线。

另一方面,卫星通信模式也有了新的进展。今年4月底,中国卫星网络集团有限公司正式挂牌成立,更多卫星的商业使用权有望在未来开放。一旦卫星通信联网的网速提升、成本下降,用户体验也将得到提升。

(来源:ecns.cn)

一个成熟产业的两端,一定是平衡稳定的供需关系。一方为消费者保障服务质量,另一方则为投资带来经济回报,如此才能带动产业良性发展,避免陷入恶性循环当中。未来,航空公司需要在商业模式上进行更多思考,在测试中进行试点经营,寻找更加符合国情的商业模式。

“解决这个问题,还需要依靠市场推动。比如,现在有些航司已经实现了高百分比的机载互联网使用率,在同等票价的情况下,乘客肯定会倾向于选择具备空中上网功能的航班。这对航班业务也是一种促进。”王亚男说。

但归根结底,机上互联网注定无法照搬地面互联网模式。张弛认为,旅客们在享受飞机上网服务时,对技术本身应有更清晰的认知。“空中网络通信与地面相比,永远存在速率差距,这是物理特性导致的,不能用地面的标准去要求空中,卫星通讯起到的作用永远是补充。”

撰文/记者 赵天宇

编辑/丁林

出品:科普中央厨房

监制:北京科技报 | 科学加客户端

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