论文标题：Satellite Backhaul for Extending Connectivity in Rural Remote Areas: Deployment and Performance Assessment

论文链接： https://www.mdpi.com/2673-8732/6/1/12

期刊名：Network

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/network

引言：

农村及偏远地区地面网络覆盖不足，已成为制约农业领域数字化转型的重要瓶颈。从传统环境监测系统到先进数字孪生方案，智慧农业与精准农业应用均依赖于从地理偏远农场可靠传输传感器数据、图像及视频流。若无强健的通信基础设施，这类数据密集型业务将难以得到有效支撑。非地面网络（NTN），尤其是卫星系统，可同时提供窄带与宽带连接，既支持现场低速率传感器数据传输，也能承载高速率多媒体数据。

来自卢森堡科学技术研究所（LIST）的超高级研究员Maria Rita Palattella博士及其团队在Network期刊发表了文章。该文章对两种卫星回传方案开展了实验性能评估：一是由 SES 公司提供的地球静止轨道（GEO）系统，二是 Starlink 公司提供的低地球轨道（LEO）系统。两类网络先在实验室环境下部署与测试，随后在实际农业场景中完成验证。

图 1 阿斯特拉 2F 卫星欧洲 Ku 波段波束（左图）；射频上下行地面站：ATF 33 号天线（口径 9 米，Vertex 品牌，收发一体，Ku 波段）（右图）

核心创新点

本研究依托欧盟地平线欧洲 COMMECT 项目，面向农村与偏远地区连通性延伸需求，以卢森堡雷米奇葡萄园数字化生活实验室为载体，围绕田间微气候与作物监测、图像视频采集与数字孪生建模两大农业应用场景，通过物联网与 GEO/LEO 卫星回传融合实现业务支撑。本文的核心创新体现在两方面：一是基于实验室与实地测量，针对窄带物联网数据采集、宽带视频上传两类典型流量，完成卫星回传方案的全面实验评估，并以地面网络为基准系统对比 LEO 与 GEO 链路性能；二是配套开展成本效益分析，为不同运行与规模化条件下的卫星回传部署决策提供技术与经济双重依据。

数据采集

本研究面向农业物联网监测的实际需求，在阴雨等恶劣天气条件下，通过实验室高密度传感器场景，系统对比地面、GEO 卫星、LEO 卫星三种回传方案在物联网数据传输中的性能差异。测试结果表明，GEO 卫星回传的数据包投递率（PDR）中位数约为 97%，地面网络与 LEO 卫星回传约为 99%；其中 LEO 卫星四分位距仅 1%，整体稳定性最优。三种链路均可稳定支撑物联网数据传输，充分证实卫星回传能够有效解决偏远地区地面网络缺失问题，为精准农业物联网规模化部署提供了关键实验支撑。

图 2 用于传感器数据采集的卫星回传与地面回传对比

宽带连接性能

针对葡萄园数字孪生所需的高清视频传输与 RTK 厘米级定位需求，本研究在卢森堡田间部署 Wi-Fi 扩展网络，测试地面蜂窝、GEO/LEO 卫星三类回传链路在不同分辨率视频上传（SD 至 4K）、不同环境条件下的性能，验证卫星回传可支撑农业高清视频传输与高精度定位，为偏远地区落地数字孪生等先进农业数字化方案提供通信保障。

图 3田间视频采集与上传

成本效益分析

本研究从技术与经济双维度论证了卫星回传在农业场景的应用价值，首次面向农业物联网与数字孪生双场景开展系统性成本效益分析，证实卫星回传可同时支撑小数据量 IoT 采集与大数据量视频上传，且 SatCube、Starlink 等便捷部署终端大幅降低了落地门槛。虽然在蜂窝覆盖区域，卫星设备与带宽成本偏高，但结合 LoRaWAN 网关进行多终端流量汇聚后，卫星终端成本可高效摊销；随着终端规模扩大，“LoRaWAN + 卫星” 方案一次性投入占比高达 93%–97%，整体经济性显著优于全蜂窝方案。针对高清视频业务，小规模农户可采用低成本终端，大规模园区则更适配高带宽、可共享的高端卫星终端。尽管卫星回传在偏远地区部署仍面临运输、供电、天线对准等挑战，但其可作为地面网络在经济与技术上难以覆盖区域的互补方案，有效延伸通信覆盖，为农村偏远地区农业数字化提供关键支撑。

图 4物联网连接方案成本分解

总结

本文研究卫星回传在农村及偏远地区的覆盖延伸作用，以支撑农业全域数字化。通过实验室测试与田间试验，对 GEO 与 LEO 卫星链路开展多场景评估，并以地面网络为基准进行对标。实验室结果表明，在各类回传方案下，物联网数据包端到端传输均保持稳定，证实卫星支撑的 LoRaWAN 部署可在大面积偏远农田可靠实现监测应用。

除低带宽物联网业务外，卫星回传在高带宽应用中同样有效。田间视频采集与上传试验显示，卫星链路性能稳定可靠；而公共蜂窝网络虽平均上传速率偶有更高，但整体表现不稳定。结果表明，卫星回传可同时支撑物联网遥测与带宽密集型业务，有效弥补地面网络覆盖不足区域的连接缺口。

除技术性能外，本文开展定性成本效益分析，为卫星连接方案的经济可行性与可扩展性提供关键依据。尽管单位成本高于地面方案，但在多应用共用、多用户共享的规模化场景下，卫星基础设施可摊薄部署成本，提升整体经济性。卫星回传通过提供可靠端到端连接，为农业数据化决策奠定基础，支撑乡村可持续与韧性发展。

Network期刊介绍

主编：Alexey Vinel, Halmstad University, Sweden

期刊专注于网络科学与技术的前沿研究，涵盖了广泛的研究领域，包括但不限于网络协议与架构设计、边缘计算、云计算、雾计算、人工智能与机器学习在网络中的应用、区块链技术、网络安全与隐私保护、5G/6G无线通信技术、物联网 (IoT)、绿色网络与能源效率优化等多个领域。目前期刊已被 ESCI (Web of Science), Scopus, EBSCO等数据库收录。