高度1万メートルで「インターネットの自由」を実現するのはなぜ難しいのでしょうか?

今日ではインターネットが非常に普及しているにもかかわらず、多くの旅客機は今でも冗談めかして「インターネットから離れた最後の浄土」と呼ばれています。機内 WiFi の速度がなぜこんなにも素晴らしいのでしょうか?民間航空業界はいつインターネット時代を迎えるのでしょうか?

専門家へのインタビュー

張志（ポピュラーサイエンスの専門家「オッカムの剃刀」、コミュニケーション教師）

王 ヤナン（航空知識誌編集長、中国航空航天学会科学普及委員会委員）

2018年は「中国の機内WiFi元年」として知られています。その年の1月、我が国の民間航空局は「機内での携帯型電子機器（PED）の使用に関する評価ガイドライン」を発行しました。その後、民間航空機への電子機器の持ち込み禁止が正式に解除され、乗客は携帯電話を「機内モード」でインターネットに接続できるようになった。

今日、機内 WiFi は 4 年目に突入します。しかし、「2020年民用航空産業発展統計公報」によると、2020年末時点で空中インターネット接続機能を備えているのは国内航空会社11社の213機のみで、カバー率は6％未満であり、インターネット接続機能を備えた航空機は基本的にワイドボディの大型旅客機に分散している。

(出典: delta.com)

インターネットが高度に産業化された現在でも、民間航空の旅客機では依然として自由なインターネット接続が実現できず、冗談めかして「労働者最後の浄土」とも呼ばれている。数百億規模の市場規模を持つ国内民間航空業界が、本当の意味で「インターネット時代」に突入するのはいつになるのだろうか。

2 種類の航空機 WiFi テクノロジーにはそれぞれ制限があります。空中 WiFi の原理は複雑ではありません。科学の専門家で通信教師の張志（オッカムの剃刀）氏は記者団に対し、接続方法によって空対地ネットワークと衛星信号の2つに分けられると語った。

空対地方式は、ATG方式とも呼ばれ、飛行ルートや特定の空域に沿って地上に航空機専用の通信基地局を構築し、地上基地局を使用して航空機と直接情報を伝送する方法です。この方法は地上インフラに大きく依存するため、山、川、海などの特殊な地形に遭遇した場合、基地局を構築することは基本的に不可能であるという欠点も明らかです。このため、ATG 方式には大きな制限があります。

対照的に、「空対空」伝送ソリューションは地形の制限を回避できます。衛星信号方式を使用する航空機は、地上の基地局を経由せずに衛星と直接「通信」することでインターネットにアクセスできます。

国際電気通信連合の無線通信規則によれば、異なる無線通信サービスには異なる周波数帯域が存在します。たとえば、衛星通信で最も一般的に使用される周波数帯域は C (4-8GHz) と Ku (12-18GHz) 帯域であり、後者は航空会社が WiFi サービスを提供する際に主流の選択肢となっています。ただし、Ku バンドでの通信速度は速くなく、実際の体感は地上の 2G または 3G ネットワークと同様です。さらに悪いことに、デバイスの姿勢によって信号の受信に大きな影響が出て、インターネットの速度がさらに遅くなります。

▲ATGと衛星通信は現在、2つの主流の飛行ネットワーク技術です（出典：gogoair.com）

もちろん、関連技術は常に進歩し続けています。一方では、より高速なKaバンド衛星通信が中国で商用利用され始めています。一方、従来の Ku 衛星も Ku 高スループット衛星ネットワークにアップグレードされています。メディアの報道によると、中国東方航空は現在、インターネット速度を27.5M/sに向上させており、これは4Gネットワ​​ーク速度に匹敵するとのこと。吉祥航空のボーイング787機もアップグレードされ、Ku高スループット衛星通信システムが搭載され、乗客は「遅い」ネットワークに別れを告げることができるようになった。

実際、ATG モードを使用する場合でも、衛星通信を使用する場合でも、どちらも航空機の外部からインターネットにアクセスする方法です。飛行機の乗客は機内WiFiを通じて空中でインターネットにアクセスできます。このシステムでは、機内通信コンポーネントが通信事業者やサービスプロバイダーのデータセンターとの相互接続を実現し、機内サーバーと機内無線ホットスポットが航空機内に無線ローカルエリアネットワークを形成し、ユーザーに使い慣れた Wi-Fi インターネット環境を提供します。

機内 WiFi の開発ではどのようなボトルネックが発生しましたか?
地上でのインターネット速度がますます高速化するにつれ、民間航空がインターネットに完全にアクセスできるようになるのは必然的な傾向です。機内WiFiが導入されたばかりの2018年、一部の機関は、2021年までにインターネットに接続できる中国の民間航空旅客機は2,400機を超え、航空機総数の50％を占めると予測していました。

しかし、この予測は明らかに楽観的すぎた。 2020年末時点で、国内線の機内インターネットアクセスの割合は依然として6％未満であり、ほとんどの乗客は機内インターネットサービスを享受できませんでした。たとえ「幸運にも」WiFiに接続できたとしても、その体験は人々の期待に応えられない可能性があり、時にはテキストメッセージさえ正常に送受信できないこともありました。

▲衛星からの信号は航空機の尾部で遮られ、航空機上部のレドームに届かないことがある（出典：SAS）

機内WiFiを見つけるのはなぜこんなに難しいのでしょうか?張志氏は、ATG通信と衛星通信方式の技術的特性がそれぞれの発展を制限していると考えている。例えば、ATG通信の速度を上げてみても、それは陸上の特定のエリアに限られ、海上では基本的に機能しないため、国境を越えた長距離飛行には適していません。しかし、機内ネットワーキングに対する需要が最も大きいのは、こうした長距離飛行の乗客です。

衛星通信チャネルは高価です。今日のワイドボディ機は一般的に 300 ～ 400 人の乗客を運びます。航空機内で非常に多くの人に衛星通信チャネルが提供される場合、一人当たりに割り当てられる料金は非常に低くなります。これは物理的な制限です。

「航空知識」誌編集長で中国航空学会科学普及委員会委員の王ヤナン氏は、航空ネットワーク化の進展が遅いのは技術レベルだけでなく、コスト、市場、政策とも密接に関係していると分析した。

飛行機内でのインターネット接続を実現するには、古い設備を改造したり、新しい設備を構築したりする必要がある。これらのハードウェアは、リース衛星、搭載機器、地上基地局の3つの部分に大別できます。そのうち、搭載機器には地対空通信部品、機上サーバーなどが含まれる。輸入ブランドセットの価格は600万元で、国産機器の価格も200万～300万元である。

数億元の価値があり、何十年も前の航空機の場合、数百万ドルの改造費用はそれほど高くないかもしれない。しかし問題は、たとえ航空会社が全機にWiFiを搭載し、通信機器プロバイダーやネットワークオペレーターに高額な費用を支払ったとしても、速度制限のため最終的には乗客に受け入れられず、「赤字で利益が出ない」ということだ。

▲機器サプライヤーが試験機の底部に設置したATGアンテナ（出典：gogoair.com）

機内WiFiの商用運用に関しては、国内の大手航空会社はまだ成熟していません。記者が調べたところ、中国国際航空と海航航空はどちらも無料のインターネット接続サービスを提供しており、中国南方航空はポイント交換システムを採用しており、中国東方航空のみが有料サービスを指定しているが、価格は高くなく、無制限のインターネット接続サービスの価格は50元、または2,500ポイント（消費量は約25,000元相当）で交換できる。

「国内の民間航空旅客機が機内ネットワーク機器の改造を希望する場合は、中国民用航空局に報告し申請する必要がある。一定の手続きがあり、承認されて初めて実施できる」と王ヤナン氏は述べた。政策上の制約により、国内の ATG ソリューションはまだ試験的なインストール段階にあります。通信事業者と航空機器メーカーは両方とも、関連する通信管理規制を遵守し、関連する承認とライセンスを取得してから適用する必要があります。

さまざまな要因を考慮すると、ほとんどの旅客機に機内 WiFi が搭載されているにもかかわらず、機内ネットワーク変換の進捗は依然として遅いです。

民間航空輸送における「インターネット砂漠」は深刻に受け止められている。現在、中国は10億人を超えるインターネットユーザーを抱える世界最大のインターネットユーザー国に発展しており、世界第2位の航空輸送市場でもあります。したがって、理論的には、中国の航空便では機内無線ネットワークに対する需要が非常に高いと言えます。また、今後、世界的な新型コロナウイルス感染症の流行が落ち着き、5G通信が本格的に普及すると、死角とチャンスが共存する民間航空輸送の「ネットワーク砂漠」が新たなビジネスチャンスとなる可能性もある。

(出典: arstechnica.com)

現在の航空低高度通信技術（つまり、パイロットと管制塔間の通信方法）はまだ比較的原始的であると理解されています。行方不明のマレーシア航空の737がレーダーから消えた後、管制塔は無線でパイロットに連絡を取ることしかできなかった。最終的には衛星通信と飛行機との「ハンドシェイク」に頼って飛行機の方向を特定することができた。

そのため、航空業界では、将来の航空機は相互にネットワーク化されるべきであるという開発上の合意に達しました。王延安氏は、航空機は相互に信号を受信でき、空域内のすべての航空機の状況把握が可能になると述べた。「将来、航空機が確実に高レベルの信号送受信ユニットになると考えられる」

「乗客がWiFiを使うことを考慮しなくても、（将来の）飛行機は大型のWiFiルーターとなり、空対地通信の速度とトラフィックの高速化が保証される。これに基づいて、乗客のネットワーク通信ニーズを満たすのは自然なことだろう」と王ヤナン氏は述べた。

過去2年間、国内各社は機内WiFiの導入を加速させてきた。 ATGモデルに関しては、昨年12月から中国電信、中国東方航空、吉祥航空が共同で「空地相互接続」を構築している。テンセント、海航航空、深センドニカ航空が共同で「Flying Enjoy Interconnection」を設立した。一方で、こうした協力により、通信事業者は地上基地局をより適切に構築し、航空利用者にサービスを提供できるようになります。一方、より多くの企業が参加することで、航空業界のビジネスモデルが改善され、航空会社と利用者の利益になる商業航空ネットワークルートの模索にも役立つでしょう。

一方、衛星通信方式にも新たな展開が生まれています。今年4月末には中国衛星ネットワークグループ株式会社が正式に設立され、今後さらに多くの衛星の商用利用権が開放される予定だ。衛星通信ネットワークの速度が向上し、コストが下がれば、ユーザーエクスペリエンスも向上します。

(出典: ecns.cn)

成熟した産業の両端には、バランスのとれた安定した需要と供給の関係がなければなりません。一方で、消費者に対するサービス品質を保証し、他方で、投資に対する経済的利益をもたらします。この方法でのみ、業界は健全に発展し、悪循環に陥ることを避けることができます。今後、航空会社はビジネスモデルについてさらに検討し、テスト中にパイロット運用を実施し、国の状況により適したビジネスモデルを見つける必要があります。

「この問題を解決するには、やはり市場プロモーションに頼る必要があります。例えば、一部の航空会社は機内インターネットの利用率を高めています。同じ航空券価格であれば、乗客は間違いなく機内インターネットアクセスのあるフライトを好むでしょう。これも航空ビジネスへのプロモーションです。」王延安は言った。

しかし、結局のところ、機内インターネットは地上インターネットモデルを模倣することはできない運命にある。張志氏は、乗客が機内インターネット サービスを利用する際には、テクノロジーそのものをより明確に理解する必要があると考えています。 「航空機ネットワーク通信と地上ネットワーク通信の間には常に速度差があります。これは物理的な特性によるものです。地上の標準を航空機ネットワークに適用することはできません。衛星通信は常に補助的な役割を果たします。」

趙天宇記者による記事

編集者/ディン・リン

制作：サイエンス・セントラル・キッチン

制作：北京科学技術ニュース |サイエンスプラスクライアント

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