u-blox助力Astrocast實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信追蹤

01.背景介紹

30多年前，衛(wèi)星定位技術(shù)開始應(yīng)用于資產(chǎn)追蹤應(yīng)用。在地面基礎(chǔ)設(shè)施的支持下，衛(wèi)星將定位范圍從局部區(qū)域擴(kuò)大到全國(guó)，進(jìn)而擴(kuò)大到全球。

衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展方興未艾，數(shù)字通信也迅速崛起，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)滲透到各行各業(yè)之中，為交通、工廠、個(gè)人設(shè)備、家庭、樓宇等行業(yè)領(lǐng)域提供穩(wěn)定可靠的通信與互聯(lián)。在這些年間，為實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)化，業(yè)界不斷推動(dòng)建立地面網(wǎng)絡(luò)。

隨著衛(wèi)星定位與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，許多終端設(shè)備開始配備具有精準(zhǔn)定位能力的追蹤器，并不斷縮小其尺寸，從而應(yīng)用到汽車業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流業(yè)等多種行業(yè)。但這些追蹤器往往只能在有通信基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域中工作。

對(duì)于缺少基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域，設(shè)備需要借助微納衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，微納衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由成本低廉的小型衛(wèi)星組成，能夠與資產(chǎn)追蹤器配合工作，執(zhí)行各種遠(yuǎn)程操作，例如監(jiān)測(cè)和維護(hù)海事、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的資產(chǎn)等。

這種被稱為衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)正日漸普及，有助于企業(yè)安全、可靠地與偏遠(yuǎn)地點(diǎn)的資產(chǎn)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星通信。

02.功耗困境

對(duì)于依靠衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信的資產(chǎn)追蹤設(shè)備，一大主要難題就是功耗，這主要取決于設(shè)備的設(shè)計(jì)，及其更新定位的頻率要求。

經(jīng)過一段時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累，物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員已在設(shè)計(jì)中采納了必要的考慮因素，從而盡可能降低功耗。因此，即便資產(chǎn)追蹤等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用受到了各種限制，其需要的功率也遠(yuǎn)低于15年前。

為了實(shí)現(xiàn)超低水平的功耗，企業(yè)在設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)充分考量了各種策略。盡管如此，在一些無法使用電源或無法定期更換電池的偏遠(yuǎn)地區(qū)，僅憑設(shè)計(jì)考慮因素可能還不足以滿足需求。

比如資產(chǎn)追蹤設(shè)備，這類設(shè)備只需要定時(shí)更新自己的位置，而“智能計(jì)量”應(yīng)用也只需要定期進(jìn)行測(cè)量。人們普遍認(rèn)為，這種情況下的功耗并不高，因?yàn)樵O(shè)備并未采用持續(xù)“追蹤模式”。但與連接到地面基礎(chǔ)設(shè)施的模塊相比，直接從衛(wèi)星接收信息的GNSS接收機(jī)模塊的功耗要高得多。

智能儀表開啟后，根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度的不同，儀表可能需要幾十秒乃至幾分鐘的時(shí)間來計(jì)算定位。如此短暫的時(shí)間卻會(huì)消耗掉大量的電池電量，對(duì)于部署在偏遠(yuǎn)位置的資產(chǎn)而言，這會(huì)造成極大的不便。

這種功耗問題是否有解決之道？為了回答這個(gè)問題，我們首先要觀察通過衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)的資產(chǎn)追蹤，了解其中不可或缺的組成部分。

03.建立衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信追蹤的必要組成部分

為了建立衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信追蹤，您大致需要具備三個(gè)主要組成部分。

首先是近地軌道(LEO)衛(wèi)星。近地軌道衛(wèi)星在近地軌道中運(yùn)行，距離地面200至2000千米之間。為了確保獲得足夠的通信覆蓋范圍和容量，近地軌道衛(wèi)星與其他衛(wèi)星協(xié)同工作，形成一個(gè)星座。

第二個(gè)組成部分是GNSS接收機(jī)，該模塊從衛(wèi)星星座中獲取定位信息。

最后，基于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信的追蹤器通過云定位服務(wù)實(shí)現(xiàn)低功耗、合理精度的定位服務(wù)。

我們先來講最重要的方面，關(guān)注GNSS接收機(jī)，以及促進(jìn)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信追蹤的云定位服務(wù)。當(dāng)今的GNSS接收機(jī)必須具備特定的性能以能勝任這一任務(wù)，分別是尺寸小、功耗低和適應(yīng)小型天線的能力。

“u-bloxMAX-M10是一款能滿足所有這些要求的GNSS接收機(jī)，MAX-M10尺寸僅有100mm2，可以輕松集成至空間受限的終端設(shè)備中；MAX-M10功耗低，即便尺寸極小，GNSS定位性能也絲毫不受影響?！?/p>

最后，憑借適應(yīng)小型天線的能力，這款GNSS接收機(jī)能與追蹤器設(shè)備內(nèi)的其他元器件在同一頻率下工作，僅需一個(gè)天線，有助于縮減追蹤器終端尺寸。

那么云定位服務(wù)又如何？u-blox CloudLocate服務(wù)是一款全面的解決方案，兼容包括衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的多種通信技術(shù)。

CloudLocate實(shí)現(xiàn)云端定位

在受限的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，這對(duì)延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間至關(guān)重要。

CloudLocate服務(wù)十分便于便利

第一個(gè)主要原因在于該服務(wù)的數(shù)據(jù)計(jì)算由云端分載，GNSS接收機(jī)本身并不需要計(jì)算位置。接收機(jī)對(duì)GNSS信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，數(shù)據(jù)以12至50字節(jié)大小的數(shù)據(jù)包形式傳送到云端，然后在云端計(jì)算位置。因此這里僅需用到上行鏈路通信，而不需要下行鏈路，因?yàn)镃loudLocate會(huì)將位置信息傳遞到使用這些信息的企業(yè)云。

CloudLocate專為每天僅需更新幾次的應(yīng)用場(chǎng)景而設(shè)計(jì)

如果設(shè)備需要合理的精度，但不需要在連續(xù)“追蹤模式”下工作，比如遠(yuǎn)程追蹤器，這種服務(wù)就是非常理想的選擇。

有些資產(chǎn)是不斷移動(dòng)的，比如卡車，需要定期更新其追蹤數(shù)據(jù)，但其他資產(chǎn)可能是靜態(tài)的，比如牲畜，僅需在特定情況下追蹤其位置。

相較于獨(dú)立GNSS定位，CloudLocate耗電量?jī)H為其10%，GNSS接收機(jī)不會(huì)執(zhí)行耗電的定位計(jì)算，種方法只會(huì)“激活”幾秒鐘來預(yù)處理GNSS信號(hào)，然后就會(huì)“關(guān)閉”，因此可節(jié)省高達(dá)90%的電量。

下面我們?cè)賹⒆⒁饬D(zhuǎn)到衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信。至此為止，我們已經(jīng)簡(jiǎn)要描述了建立衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信追蹤所需的一些元素。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，這種機(jī)制還要略微復(fù)雜一些，因?yàn)槠渲羞€需要一個(gè)衛(wèi)星通信模塊來提供通信的基本功能。

理想情況下，該衛(wèi)星通信模塊應(yīng)確保雙向通信，支持遠(yuǎn)程更改追蹤器配置，例如數(shù)據(jù)捕獲頻率，支持在L-band信道上傳輸數(shù)據(jù)，以減少衛(wèi)星轉(zhuǎn)播的次數(shù)。

此外，端到端加密可保證數(shù)據(jù)傳輸安全無虞，L-band數(shù)據(jù)傳輸則有助于提高傳輸效率。該模塊工作溫度應(yīng)在-20℃至70℃，電池電壓應(yīng)該較低，比如3.3V，峰值電流約為80mA。Astronode S衛(wèi)星通信模塊滿足以上所有功能特點(diǎn)。

04.Astrocast與u-blox攜手共進(jìn)

由Astrocast開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)追蹤器的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單。

首先，u-blox超低功耗GNSS接收機(jī)MAX-M10收集數(shù)據(jù)。

隨后，Astronode S模塊將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸strocast衛(wèi)星星座，進(jìn)而傳輸?shù)狡湓破脚_(tái)，該平臺(tái)處理RAW GNSS數(shù)據(jù)，并通過API（應(yīng)用程序編程接口）將其發(fā)送到u-blox CloudLocate，最后將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有意義的定位信息。

此過程顯著降低了功耗，相較于冷啟動(dòng)后30秒的傳統(tǒng)獨(dú)立GNSS定位，節(jié)能多達(dá)90%。憑借這種大幅度節(jié)能機(jī)制，即使內(nèi)置小尺寸電池的追蹤器仍可工作數(shù)月。

u-blox(M10+Cloud Locate)與Astrocast的合作極大地提高了電池效率，使得以電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備得以將GNSS技術(shù)與低帶寬、遠(yuǎn)距離衛(wèi)星通信相結(jié)合。

05.相互兼容

AstronodeS與M10(L1)在相同的頻率范圍中工作，因此使用一個(gè)天線就能與Astrocast衛(wèi)星通信并接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)，但兼容性不止于此，u-blox和Astrocast都公開了API，支持?jǐn)?shù)據(jù)訪問，支持將其順暢集成到云端服務(wù)之中，易于使用。

06.結(jié)論

由于地理范圍因素，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信市場(chǎng)表現(xiàn)出強(qiáng)勁增長(zhǎng)的勢(shì)頭。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)分析的數(shù)據(jù)，到2026年，該市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到2017年的一倍以上，約為10億美元。這一趨勢(shì)表明，隨著衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)公司認(rèn)識(shí)到其全球覆蓋的潛力，該解決方案正在快速崛起，尤其是在僅有斷續(xù)通信能力或沒有通信能力的偏遠(yuǎn)區(qū)域。

在u-blox支持下，Astrocast開發(fā)出了一款尺寸小巧、安全可靠的高能效資產(chǎn)追蹤器。GNSS接收機(jī)MAX-M10和CloudLocate專為Astrocast這樣的創(chuàng)新解決方案而打造，符合所有相關(guān)要求，必將對(duì)這類新市場(chǎng)趨勢(shì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

審核編輯：湯梓紅