地面通信那么方便,为何物联网还要连卫星?

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8月15日消息,据外媒IEEE Spectrum报道,近日,德国弗劳恩霍夫协会集成电路研究所(Fraunhofer IIS)通过GEO(高轨道)卫星成功测试了其地面物联网技术mioty(大规模物联网)。

此外,美国卫星创企Swarm建造物联网专用卫星群的计划已获得足够的成功,然后前不久该公司被马斯克的美国太空运输公司SpaceX收购。

IEEE Spectrum副主编迈克尔·科齐尔(Michael Koziol)认为,这些都说明了物联网和卫星在某些方面是彼此更好的匹配选择。

一、卫星物联网是最后的连接手段

对许多人来说,“物联网”一词会让人想到智慧城市的成就,比如带有交通摄像头和空气质量传感器的路灯或自己家中的联网设备。

一个很自然的问题是,为什么你从没想使用卫星连接任何这些设备?答案是不需要。这是一些没有意义的尝试。

然而基于卫星的物联网网络产业仍在蓬勃发展,尽管在很多方面,它就像卫星宽带一样,是那些没有其他连接选择人的最后手段。

科齐尔提到:“在我们讨论为什么人们对于使基于卫星的物联网工作如此感兴趣之前,有必要重申一个非常重要的点:当你手边有Wi-Fi时,不要试图让一个卫星物联网连接去工作。”

Swarm的CTO本·朗米尔(Ben Longmier)说:“我们甚至会将这些告诉我们的潜在客户,有时候我们会失去几位客户。我们总是说,看,如果你有Wi-Fi和手机,你还是用这个吧,没有问题。”

Fraunhofer IIS的系统设计小组经理弗洛里安·莱斯卡(Florian Leschka)谈道:“只要你有地面基础设施(terrestrial infrastructure),就用那个。这样总是更便宜,运转更好,更容易控制。”

不过在两种情况下,朗米尔和莱斯卡都指出这时候卫星非常适合物联网网络。

二、两种情况下,适合选用卫星进行网络连接

第一种情况可能更明显,如果无论地面基础设施存在在哪里,它都是更好的选择,那么物联网网络的卫星连接非常适合在地面网络不存在或无法存在的地方,提供服务。

例如,人们考虑在穿越太平洋的货物集装箱上配备的跟踪设备时,那里没有5G网络,监控从中国运往加州的集装箱的唯一方法是通过卫星。农业网络和监测环境健康的网络也属于这一类。

第二种情况是存在地面基础设施覆盖,但必须跨越A点和B点之间的多个网络。这种情况最常发生在卡车运输等物流领域。

例如,在几个欧洲国家之间运输的卡车司机通常需要向沿途的多家运营商付费,以确保服务的连续性。

朗米尔说:“在这种情况下,我们发现客户会恳求我们:‘请让我们使用你们的服务。’我们在手机领域中,但情况糟糕的是,我们不得不削减所有的手机业务,我们只是不想处理物流问题。”

许多物联网网络都属于莱斯卡所说的“智能计量”范畴。这些网络上的设备定期传输小块数据,如状态更新、测量等等。虽然这些设备可以通过蜂窝网络或Wi-Fi进行完美传输,但也有一些专门针对物联网网络的无线标准。

更重要的是,这些标准虽然在设计时考虑了地面网络,但非常适合卫星网络。

例如,Swarm在其卫星星座中使用远距离无线电(LoRat)通信技术。Fraunhofer工程师最近还演示的mioty可以在LEO(低轨道)卫星之间进行传输,重要的是展示了物联网技术甚至不需要对其进行调整,就能发挥作用。

莱斯卡说,通过卫星进行的mioty是开箱即用的。

三、物联网低功耗、抗干扰是卫星所需品质

这些物联网技术往往有一些共同的特点。它们被设计成低功耗的,因此物联网设备上的电池不会在每次传输时耗电过多。它们也往往是长期的,以减少部署大规模物联网项目时所需的其他基础设施的数量。

而且它们通常具有很强的抗干扰能力,因为如果有数十个、数百个甚至数千个设备在传输信息,这些信息是不能互相混淆的。作为一种权衡,它们通常不支持高数据速率,这对于许多物联网网络的智能计量需求来说是一个公平的让步。

这些恰好也是卫星所需要的品质。更低的功率传输不仅不会很快耗尽机载电源,而且从一开始就减轻了卫星对更大、更笨重的动力系统的需求。

卫星对远距离信号的需求应该不足为奇,因为即使是低地球轨道中最低轨道上的卫星仍然距离地面160公里。地球大气层的不同层(以及下雨等条件)可能会对该距离上的信号造成严重破坏。

卫星的进步只是通过将物联网技术纳入轨道来加速开辟的可能性。这些进步中最主要的是立方体卫星(CubeSat)革命,它缩小了卫星结构并使其标准化。

朗米尔说:“当我们有4个人的时候,我们设计了所有的卫星,到发射时,我们大约有10个人。在我们开始之前的5年,这是不可能的。”

很可能会有更多的进步来降低卫星物联网的进入壁垒。一种可能是光通信。转换成激光传输信号将使新的和现有的运营商,从需要获取昂贵的无线电频谱中解放出来。

朗米尔谈到:“我认为获得频谱是运营太空通信业务中最困难的一个部分。如果我们一开始就知道这有多难,我们可能会选择不同的商业计划。我对这些不确定。”

目前,即使物联网进入太空也不足以完全克服一些障碍。但如果天基物联网网络继续引起人们的兴趣,这些兴趣也可能成为最终消除这些障碍的动力。

结语:卫星物联网或会形成更大范围互联覆盖

卫星物联网可以和地面物联网形成互补,在一些特殊情况下,比如海上、沙漠或地面基站建设困难的地方,使用卫星物联网确实是一种很好的选择。

目前国内外已经有不少公司在研究卫星物联网,或已经商业化,例如国内中国航天科工集团进行的“行云工程”、Swarm公司构建的卫星网络。

随着卫星物联网工程的不断增多,应用也会更加常见,人们可以期待一下未来更广阔的互联。

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