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卫星通信已经成为超视距广域宽带通信必不可少的手段。依据卫星轨道运行特征划分，卫星通信系统可以分为地球静止轨道（GSO）卫星通信系统 [1] 以及非静止轨道（NGSO）卫星通信系统。其中，非静止轨道卫星通信系统又可分为 [15-18] ：低地球轨道（Low Earth Orbit，LEO）卫星通信系统，轨道高度为400～2 000 km；中地球轨道（Medium Earth Orbit，MEO）卫星通信系统，轨道高度下限通常在1 200～5 000 km，上限通常在20 000～36 000 km [19] ；高椭圆轨道（Highly Elliptical Orbit，HEO）卫星通信系统，远地点高度超过40 000 km的大偏心率椭圆轨道等。
在GSO卫星通信系统中，卫星与地面相对静止，运行维护相对容易，所以GSO卫星通信系统最早实现应用，其发展时间最长，技术也最为成熟。忧思科学家联盟（The Union of Concerned Scientists，UCS）公布的卫星数据库显示，截至2022年1月1日，在轨的GSO卫星数量达到了574颗 [20] 。经过数十年的发展，GSO卫星通信网络逐步面临可用轨位及频率短缺的难题，加之其传输时延过长且存在“南山效应”等缺陷，目前卫星通信网络的发展重心逐渐转向NGSO卫星通信网络。自2018年2月到2022年2月，SpaceX公司共向轨道空间发射了2 335颗Starlink低轨道通信卫星。历史上还从未有过如此众多的通信卫星在轨工作，其影响引发广泛关注。此外，国外其他公司、机构也纷纷提出自己的宽带NGSO卫星互联网星座计划，包括一网公司（OneWeb）的一网（OneWeb）星座、亚马逊公司（Amazon）的柯伊伯（Kuiper）星座、欧盟的 Secured Connectivity 系统 [21] 、俄罗斯的 Sfera计划等。
国内NGSO卫星通信网络的预先研究开始于20世纪末 [22] 。2014年，清华大学“灵巧通信试验卫星”成功发射，实现了我国低轨卫星移动通信领域的重要突破。“灵巧通信试验卫星”为验证星上处理、在轨交换、互联网接入等能力迈出了重要的第一步。自2015年，我国陆续提出虹云工程、鸿雁计划和天地一体化信息网络等发展规划，积极推进该领域的研究开发工作 [23-24] 。2018年，清华大学和上海市联合提出并开展“智慧天网创新工程”，旨在以中轨泛同步轨道独特星座构建全球全时覆盖的信息通信网络 [25] 。2021年，中国卫星通信网络集团有限公司成立，标志着我国卫星互联网建设发展进入新的阶段。
然而，卫星通信网络的快速发展对标未来6G 时代应用需求，二者仍然存在较大差距。以目前发展进程最快的Starlink星座系统为例，2021年第四季度数据显示，其用户规模已达到25万，分布于全球29个国家，Ookla网速测试显示其在美国的平均下行速率可达到104.97 Mbit/s（用户规模有限时），对标其500万用户规模 [26] 和地面5G 网络速率的目标（2021年第三季度全球5G 网络平均下行速率为166.13 Mbit/s，最高下行速率为492.48 Mbit/s），还有很大的差距。
可以预见，一方面，如果单纯通过增加星座规模提升网络容量，会因为卫星密度增大加重链路间干扰，降低链路质量。更为重要的是，尽管卫星发射的成本可以大幅缩减，但单纯以规模换能力的大规模星座部署方式仍然会拉高运营商的投资门槛。另一方面，卫星通信网络业务的分布往往呈现动态非均匀性，超大规模星座必然存在分时段和分区域的资源浪费，拉低系统效费比，若不能为投资者创造显著收益，远期发展必将受限。因此，卫星通信网络建设不宜沿用传统的堆叠式扩展演进模式，需要深入研究与资源配置、业务分布特征相匹配的按需服务模式，探索一条适合于卫星通信网络高效费比创新发展的道路。
按需服务是提高效费比的基本手段，即根据随时空变化的用户业务需求动态调配网络资源，降低运营商投入产出比，推进网络建设可持续发展。按需服务需要自顶向下设计卫星通信网络全方位要素，网络服务模式、星座构型、网络管控、载荷设计与实现等均需要进行系统级协同优化。
根据业界预测，未来地面移动通信网络与卫星通信网络的融合服务将包含卫星接入、卫星回传、卫星通信网络承载、天基轻量化边缘计算等多样化应用场景。由于卫星功率资源、频率资源等极度受限，若仍将卫星通信网络作为专用管道，资源难以按需分配使用，相关传输瓶颈问题难以得到解决，或愈发凸显。同时，盲目地进行堆叠式规模扩张极可能导致大量的网络空载和资源浪费，而在有迫切需求的场景下网络资源却不够用，严重影响卫星通信网络的可持续发展。以下我们尝试分析并梳理按需服务能力建设的基本脉络，希望相关观点引发读者更多的关注与思考。
首先，按需服务能力建设需要以最大化资源利用率为目标，探索高效能服务模式。为提高资源利用率，可采取的措施有：以按需配置的星上通信资源切片替代固定带宽划分的弯管转发、以广域按需覆盖替代传统固定多波束转发、以动态组播服务替代点到点数据传输等。
其次，按需服务能力建设需要优化卫星通信网络星座设计。一般而言，卫星轨道高度越高，其通信覆盖范围内业务呈现的时空非均匀分布特性越强，因而在中高轨星座卫星上进行资源的按需调度能得到可观的效费比增益。对于低轨道星座而言，卫星分时扫过业务高密度区域与业务稀疏区域，如果按照业务高密度区域的服务能力需求设计单星容量，网络建设不经济；如果按照平均业务需求设计单星容量，则业务高密度区域的用户可能得不到应有的服务。因此，结合业务分布特点采用高中低轨混合星座构型优化设计，并优化配置单星能力，可为未来业务提供可持续演进的发展空间，既保障平均服务能力，又能够针对业务高密度区域提供增强服务。
再者，按需服务能力建设需要进一步细化网络资源利用的颗粒度。比如通过充分挖掘波束资源的时、空、频、功率域的自由度，为无线资源与业务需求的优化匹配提供基础手段。同时，利用星载网络数据面、星载网络控制面以及星载通用计算与存储等能力，针对不同协议体系、不同服务质量要求的报文提供流量塑型、负载均衡、加解密乃至应用层信息预处理等按需处理服务。
最后，按需服务能力建设需要优化卫星通信网络管控设计，包括网络管控模式与资源分配策略。地面互联网通过统计复用的方式按用户需求调配资源，在充分供给的光纤网络中，用户服务质量可以得到有效保障。卫星通信网络天然的资源受限和重负载特征无法实现资源充分供给，用户间对资源的自由竞争将急剧劣化服务质量，需要通过有效的网络管控化解上述问题。例如，在需求侧精确感知和引导用户业务需求、确定业务接纳与传输策略；在供给侧协同调配资源，从而为不同用户提供差异化服务。
总之，按需服务卫星通信网络将成为未来卫星通信网络发展的重要趋势。我们需要从服务模式入手，细化资源粒度，提升资源利用效率，优化星座设计与网络管控设计，按需为用户提供均衡、便捷、廉价的天基网络服务。