備受矚目的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)真的靠譜么？

物聯(lián)網(wǎng)概念一經(jīng)提出就成為研究的熱點，其應用已經(jīng)涉及人類活動的各個領域，根據(jù)Machina Research預測，到2025年世界范圍內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)連接將達到甚至超過270億，突顯出巨大的潛力。但對于依靠無線接入的物聯(lián)網(wǎng)來說，除了要有物聯(lián)網(wǎng)終端外，必須要有一個由足夠多的基站構成的通信網(wǎng)絡。

1、為什么需要衛(wèi)星網(wǎng)絡

目前，地面布設基站及連接基站的通信網(wǎng)卻受到諸多的限制：

1)占地球表面大部分面積的海洋、沙漠等區(qū)域無法建立基站;

2) 用戶稀少或人員難以到達的邊遠地區(qū)建立基站的成本將會很高;

3) 發(fā)生自然災害時(如洪澇、地震、海嘯等)地面網(wǎng)絡容易被損壞。因此，地面物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍是有限的。

如果將基站搬到“天上”，即建立衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)，使之成為地面物聯(lián)網(wǎng)的補充和延伸，則能夠有效克服地面物聯(lián)網(wǎng)的前述不足，并具有下列優(yōu)勢：

覆蓋地域廣，可實現(xiàn)全球覆蓋，傳感器的布設幾乎不受空間限制;

幾乎不受天氣、地理條件影響，可全天時全天候工作;

系統(tǒng)抗毀性強，自然災害、突發(fā)事件等緊急情況下依舊能夠正常工作;

易于向大范圍運動目標(飛機、艦船等)提供無間斷的網(wǎng)絡連接等。

在衛(wèi)星軌道的選擇上，相比于采用對地靜止軌道(GEO)衛(wèi)星，采用低軌道(LEO)衛(wèi)星實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，將能夠降低傳播時延，提高消息的時效性;減小傳輸損耗，有助于終端的小型化;通過多顆低軌衛(wèi)星構成星座實現(xiàn)全球無縫覆蓋(含兩極)，提高物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍;實現(xiàn)見天通，解決特定地形內(nèi)(如到 GEO 衛(wèi)星視線受限的城市、峽谷、山區(qū)、叢林等區(qū)域)通信效果不佳問題;緩解 GEO 衛(wèi)星軌道位置和頻率協(xié)調(diào)難度大的問題。因此，近年來低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)得到了研究者的廣泛關注。

2、盤點衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)項目

有統(tǒng)計顯示，2017年全球約120家風投機構，為商業(yè)航天企業(yè)投資了近40億美元，在資本的推動之下，在國內(nèi)外也涌現(xiàn)了一批代表性的低軌衛(wèi)星項目。

SpaceX公司的“星鏈”計劃

2015年1月，馬斯克宣布了SpaceX的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務的計劃。SpaceX計劃將約1.2萬顆通信衛(wèi)星發(fā)射到軌道，并從2020年開始工作。這一項目被命名為“星鏈”(Starlink)

星鏈計劃分三步走。完成后，就在近地軌道組成了兩層龐大的衛(wèi)星星座，內(nèi)層340公里軌道高度的7518顆衛(wèi)星與外層的1000多公里軌道高度的4425顆衛(wèi)星組成的11943顆衛(wèi)星星座占據(jù)了上圖的黃色區(qū)域，與傳統(tǒng)的地球靜止軌道的紅色區(qū)域形成了較為鮮明的對比。

One Web

OneWeb創(chuàng)辦于2012年，主要致力于構建覆蓋全球的高速寬帶網(wǎng)絡，為世界各地提供高速寬帶服務。它是少數(shù)幾家計劃建造、發(fā)射和運營數(shù)千顆小型衛(wèi)星以提供全球網(wǎng)路撥接服務的初創(chuàng)企業(yè)之一。

OneWeb計劃通過發(fā)射超過600個小衛(wèi)星到低軌道創(chuàng)建覆蓋全球的高速電信網(wǎng)絡。所設想的網(wǎng)絡將允許用戶即使在基于地面的基礎設施被損壞時 (例如在災難中) ，也能與他人進行通信。目前該項目已經(jīng)獲得了軟銀、高通、可口可樂、空中客車等巨頭的投資。

O3B

O3b是other 3 billion的簡稱，成立于2007年，意在為全球“另外30億”沒有網(wǎng)絡覆蓋的人提供網(wǎng)絡服務。不同于One Web，O3b使用的是中地球軌道(距離地球約 8000 千米)衛(wèi)星，這樣的距離下，數(shù)據(jù)來回傳輸需要 150 毫秒。這些衛(wèi)星向地球發(fā)射 120 個可調(diào)節(jié)方向的互聯(lián)網(wǎng)光束，每個光束可以覆蓋直徑為 400 英里(約 644 公里)的區(qū)域。區(qū)域中的任何人都可以以光纖的速度接入互聯(lián)網(wǎng)。

O3b衛(wèi)星系統(tǒng)地面覆蓋范圍

目前，O3b 已擁有 16 顆運行中的中地球軌道衛(wèi)星，覆蓋世界大片區(qū)域，包括熱帶地區(qū)、太平洋許多島嶼、海上鉆井平臺以及大型郵輪。已經(jīng)獲得累計超過10億美元融資，投資方包括Google、衛(wèi)星巨頭SES、有線電視運營商Liberty Global、投資銀行Allen&Company、南非開發(fā)銀行等。

中國航天科技集團的鴻雁星座計劃

中國鴻雁星座由300顆低軌道小衛(wèi)星及全球數(shù)據(jù)業(yè)務處理中心組成，具有全天候、全時段及在復雜地形條件下的實時雙向通信能力，可為用戶提供全球實時數(shù)據(jù)通信和綜合信息服務。

中國航天科工集團的虹云工程計劃

中國虹云工程計劃發(fā)射156顆小衛(wèi)星，在距離地面1000公里的軌道上組網(wǎng)運行，構建一個星載天基寬帶全球移動互聯(lián)網(wǎng)絡，以滿足中國及國際互聯(lián)網(wǎng)欠發(fā)達地區(qū)、規(guī)?；脩魡卧瑫r共享寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)的需求。虹云工程預計在2022年完成部署，并在2018年發(fā)射首顆衛(wèi)星。

九天微星

九天微星成立于2015年6月，主要研發(fā)小衛(wèi)星總體設計、關鍵載荷研發(fā)和組網(wǎng)等技術，主做微小衛(wèi)星創(chuàng)新應用與星座組網(wǎng)運營，目前主營業(yè)務主要包括“衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)”和“航天與太空+STEAM教育”兩大板塊。

關于九天微星具有要發(fā)多少顆衛(wèi)星并沒有公布這方面計劃，不過根據(jù)公司早前透露的信息，在2018年年底將會發(fā)射少量衛(wèi)星并且正式商用。

深圳市天啟星座科技有限公司

天啟物聯(lián)網(wǎng)星座由北京國電高科科技有限公司部署和運營，該公司計劃在2018年10月底發(fā)射首顆衛(wèi)星，計劃到2021年前部署完成有38顆低軌衛(wèi)星組成的覆蓋的全球的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信星座，天啟物聯(lián)網(wǎng)星座除能有效解決地面網(wǎng)絡覆蓋盲區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)應用，廣泛應用于地質災害、水利、環(huán)保、氣象、交通運輸、海事和航空等行業(yè)部門的監(jiān)測通信需求，服務國家軍民融合戰(zhàn)略，還能有效解決制約智能集裝箱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵通信問題，從而極大加速這個百億級市場的產(chǎn)業(yè)化進程。

3、布局的好處與商業(yè)邏輯

技術的進步以及成本降低

目前低軌星座相比于“銥星計劃”時代，造星和發(fā)射成本降低了很多，一顆低軌衛(wèi)星的成本在百萬美元級別甚至更低。對于見慣了大手筆投入的現(xiàn)代人來說，發(fā)射一個衛(wèi)星系統(tǒng)投入并不是很夸張。

銥星計劃

需求的刺激

還是以“銥星計劃”做比較，當時的“銥星計劃”想要實現(xiàn)人與人之間的通信，而蜂窩網(wǎng)絡的迅速崛起，性價比顯然遠超銥星，但是蜂窩網(wǎng)絡為了節(jié)省成本，主要也是在人口密集區(qū)域會布置大量基站，而在人口比較少甚至無人環(huán)境中，搭建基站顯然無法回收成本。隨著物聯(lián)網(wǎng)的崛起，更多的偏遠地區(qū)需要使用網(wǎng)絡來進行監(jiān)控、管理以及通訊需求，這也將會是低軌衛(wèi)星系統(tǒng)能夠成功的最大動力。

大數(shù)據(jù)的誘惑

數(shù)據(jù)將會是未來最有價值的財富，這點已成行業(yè)共識，但是如何獲取關鍵可靠的信息，也成為行業(yè)所有人需要思考的一個點，雖然在我們當前互聯(lián)網(wǎng)絡中，充滿了形形色色的數(shù)據(jù)信息，但可能大部分數(shù)據(jù)都是無法產(chǎn)生價值的。而衛(wèi)星通信雖然說傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量沒法達到蜂窩網(wǎng)絡的水平，但應該注意的是衛(wèi)星網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)含金量會很高，一方面是可以填補目前網(wǎng)絡的死角，挖掘稀有數(shù)據(jù)，另一方面，能夠通過衛(wèi)星進行數(shù)據(jù)接入的都是帶有明確目的的信息，比如資產(chǎn)定位、環(huán)境監(jiān)測等等，因而不會有太多無用數(shù)據(jù)。

太空資源的稀缺性

對于太空資源的開發(fā)，包括頻譜以及軌道國際慣例是遵循先占先得的原則，所以未來低軌的頻率與軌位資源非常有限，能夠容納的衛(wèi)星企業(yè)數(shù)量不會很多。所以，這也是當今有實力的國家都希望發(fā)射更多衛(wèi)星系統(tǒng)的一個原因。

自1965年美國發(fā)射第一顆商用通信衛(wèi)星以來，衛(wèi)星通信技術及其應用取得了令人矚目的巨大成就，對人類的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了巨大影響。近年來，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展得到了廣泛的關注，低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)也成為衛(wèi)星通信領域的發(fā)展熱點，圍繞著終端小型化、低功耗、低成本、長電池使用壽命開展了大量探索性的工作。從當前現(xiàn)狀看，低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)仍未取得突破性的進展，尤其是在相對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能提升方面尚無明顯的改進，還需要開展大量的研究工作。