信息通信

衛星物聯網再次引發熱議,原因在這里

作者:齊旭來源:中國電子報、電子信息產業網發布時間:2020-09-14 22:05我要評論

日前,聯發科宣布成功利用高軌衛星測試了NB-IoT衛星基站的數據傳輸能力,證明移動網絡的技術應用在地球同步軌道衛星也能有效工作,這將為無處不在的全球物聯網覆蓋提供一種更具經濟性的方式。一時間,衛星物聯網再次引發熱議。

世界銀行數據顯示,目前地面物聯網(IoT)業務在陸地的覆蓋率僅為20%,而海洋覆蓋率則不到5%。在這些人跡罕至卻又需要通信的區域,建設基站和鋪設線路的難度大、成本高。這降低了實現“萬物互聯”的可能性。為突破地面基站覆蓋范圍的限制,近年來物聯網向太空進軍的勢頭開始增強。目前,國內外已有多家企業啟動了衛星物聯網計劃,讓衛星物聯網市場綻放出了巨大的潛力。

衛星成助力“萬物互聯”關鍵一環

5G時代,萬物互聯當道。移動物聯網的快速部署已經成為5G時代乃至未來的重要趨勢。然而,物聯網技術需要依靠基站等基礎設施來完成區域的覆蓋,而這種連續不間斷的覆蓋需要大量地投資基礎設施建設。由于在島嶼、沙漠、海洋等人跡罕至的偏遠地區安裝基站和鋪設光纖線路的難度大、成本高,目前地面蜂窩基站的陸地覆蓋率約為20%,而海洋覆蓋率則不到5%。

衛星物聯網通信技術能夠突破因地面基站所不能及而帶來的物聯網覆蓋限制。因此,不受地理環境和氣候環境影響,且具備全天候服務能力的衛星通信近年來常常獲得業內的青睞。

中國航天科工集團行云工程總設計師劉蕭磊對《中國電子報》記者表示,與衛星互聯網相比,衛星物聯網不追求傳輸速率。物聯網連接的是人與物、物與物,且主要追求的是“廣鏈接”,因此對速率沒有過高要求。

根據全球多家咨詢機構的預測情況,衛星物聯網產業在未來全球物聯網生態系統中表現出了巨大的發展潛力。從市場規模來看,美國權威衛星行業咨詢公司NSR預測,2022年將有1億至2億臺物聯網設備有接入衛星的需求。麥肯錫公司預測,天基物聯網的產值在2025年可達5600億美元至8500億美元。

從應用場景來看,農業管理、工程建筑、海上運輸和能源行業將成為衛星物聯網最重要的應用方向,能夠對相關行業的發展模式產生重大影響。在農業應用方面,衛星物聯網能夠大面積收集農場的土壤成分、溫度、濕度等數據。在工程應用方面,衛星物聯網能夠實現對偏遠地區土木工程項目的遠程監控。預計到2022年,該市場將以每年25%的增速達到34億美元。在海運應用方面,衛星物聯網能夠全程跟蹤海上船舶和集裝箱,并提高貨運的效率。在能源應用方面,衛星物聯網可以監控天然氣、石油和風能等能源在市場上下游的流動數據,以此得到投資回報比更高的解決方案。此外,水資源監控可以提高缺水地區的水資源利用率,而這也將促進缺水地區的可持續發展。

各國加緊布局衛星物聯網計劃

衛星物聯網并不是新興概念。自20世紀90年代末以來,以銥星(Iridium)、全球星(Globalstar)、軌道通信(Orbcomm)為代表的低軌移動星座均展開了各自的物聯網計劃,并持續推動了應用范圍和深度的不斷拓展。

近年來,隨著商業航天領域的快速發展,可回收運載火箭、“一箭多星”等技術正在持續降低衛星發射的成本,因此利用小衛星及其先進的制造技術來推動流水線的批量生產已經成為行業標配。隨著衛星研發和制造成本的不斷下降,準入門檻正在進一步降低,而這能夠幫助許多初創企業縮短建設周期、降低研制成本并實現快速組網。

軌道通信公司的Orbcomm-2是較早在軌運行的衛星物聯網計劃。該計劃的18顆微型衛星在2012—2015年間全部完成了發射,目前已有數百萬個衛星物聯設備部署在工業物聯網領域。天空和空間全球公司由英國、以色列和澳大利亞三國聯合建立,該公司計劃在2020年創建200顆由3u立方體星組成的大型星座,前三顆實驗衛星已于2017年發射成功。歐盟Eutelsat公司初期部署的物聯網星座由25顆衛星組成,第一批四顆衛星預計于2020年至2021年之間發射,入軌后將提供商業服務。

以中國航天科工的“行云工程”和中國航天科技的“鴻雁星座”為代表的低軌衛星物聯網星座計劃正在穩步推進。今年5月,中國航天科工集團的衛星物聯網計劃取得進展,“行云工程”的“行云二號”01星、02星兩顆衛星全部發射成功。據悉,“行云工程”計劃分三個階段,由80顆低軌通信衛星組成的衛星物聯網星座將在2023年前建成。這能夠為極地環境監測、地質災害監測、氣象數據預報、海洋環境監測、海上運輸通信等多個行業提供應用測試,并為后續衛星物聯網的組網奠定基礎,以實現真正的全球萬物互聯。

高、低軌聯合提供衛星物聯網新型解決方案

中國航天系統科學與工程研究員戰略規劃研究部咨詢師劉潔在接受記者采訪時指出,從軌道分布來看,GEO(高軌)、LEO(低軌)兩種軌道配置均被用來提供物聯網服務,且各具優勢。從SpaceX、亞馬遜、OneWeb等新入局的新興初創企業的星座計劃來看,低軌已成為衛星通信計劃的“新賽道”。

低軌衛星在衛星通信計劃中的優勢明顯?!暗蛙壭l星傳輸的延遲更短、路徑損耗更小,因此發射成本相對更低?!敝袊茖W院國家空間科學中心空間頻譜感知技術研究室副主任閆毅告訴記者。

目前,已有多家互聯網企業和衛星運營商提出星座計劃,并發射了多顆試驗星和業務星以搶占藍海市場。一時間,低軌空間變得擁擠不堪。根據賽迪顧問發布的《“新基建”之中國衛星互聯網產業發展白皮書》,近地軌道可容納約6萬顆衛星。預計到2029年,地球近地軌道將部署約5.7萬顆衛星,因此軌位空間將所剩無幾。

基于此,高、低軌聯合提供的衛星物聯網解決方案將成未來衛星物聯網發展的趨勢之一,而高軌也將在星座計劃中釋放出更多的潛力和更大的市場空間。2019年8月,澳大利亞物聯網企業Myriota與澳大利亞最大的GEO衛星運營商Optus合作,結合高低軌衛星的各自優勢來服務于衛星物聯網市場。

日前,聯發科基于標準NB-IoT芯片開發出了支持衛星功能的設備。該設備通過國際海事衛星組織的Alphasat L波段衛星,已成功與商用GEO衛星建立了雙向鏈路,實現了物聯網業務的全球覆蓋。國際海事衛星組織產品高級總監Jonathan Beavon先生介紹,此次試驗表明,通過小幅修改即可讓移動通信技術有效地應用于GEO衛星。這將為混合型全球物聯網的覆蓋提供一個極具成本效益的途徑,同時也能釋放出高軌衛星的更多應用價值?!?/p>

高、低軌共同發展物聯網業務可以打造立體式的物聯網服務模式,并為行業提供衛星物聯網發展的新解決方案。

“天地一體化”服務仍有待探索

實現衛星和地面設備的互聯會涉及地面通信和衛星通信等多種手段的結合,因此這種“天地一體化”的服務需要將二維地面網絡與近地三維衛星通信網絡進行融合與升級,以此打破通信基礎設施由于空間分布不同而導致的業務、服務的隔閡。目前,雖然“天地一體”物聯網服務的前景被廣泛看好,但尚未形成真正成熟的商業模式。

在賽迪顧問物聯網產業研究中心高級分析師劉暾看來,衛星物聯網會更多地面向行業用戶。衛星物聯網具有傳輸覆蓋廣、不受地理環境限制、可靠性高等特性,將有望為行業客戶提供更加優質的專網服務。然而,由于“天地一體化”網絡涉及復雜的通信環境和多個通信系統,其節點比傳統的物聯網環境更加繁多和復雜。與此同時,由于多個通信系統的運營者不同,更多安全、可靠、高效的網絡接口需要被設計出來,以此實現網絡深度和安全的融合。這將給整個通信設備產業帶來更多挑戰。

賽迪智庫無線電管理研究所副研究員周鈺哲此前向記者表示,這種“天地一體化”網絡需要攻克技術難題。要做到地面物聯網信號和非地面網絡信號的無感切換,一是要重新設計兼容的星地通信協議,比如優化通信系統間的切換流程;二是要考慮智能、高效的頻率共享與干擾消除方法,以應對每條鏈路上不同的數據速率需求;三是要實現衛星等非地面通信設備小型化和輕量化設計,以此避免非地面通信網絡的載荷限制。

此外,由于衛星與地面運營商之間的利益關系還有待協調,這種協議體制競爭存在著極大變數。劉潔指出,“天地一體化”的網絡融合需要優化資源配置,并平衡好協議體制的競爭,從而更好地發揮作用。目前,國際通信衛星公司、歐洲衛星通信公司、天空完美日星公司等衛星運營服務商在融合服務方面已經進行多種嘗試并積累了成功的經驗,因此能夠向用戶提供融合天地通信網絡資源的解決方案。

“天基和地基通信服務之間存在的激烈競爭會帶來降價和利潤率降低等問題。在優化資源配置之后,融合服務能夠有效地避免這些問題?!眲嵳f。


責任編輯:趙強
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