【通信观系列】三十七、卫星物联网

卫星物联网卫星物联网的发展背景卫星物联网的应用价值卫星物联网的技术进展2023-04-10请大家注意我说的是“物联网”而不是“互联网”。众所周知按使用对象互联网可以分为“人联网”和“物联网”。我们普通消费者用户使用的手机等应用都属于“人联网”。而物联网的话主要是政府或企业用户在智慧城市、工业互联网等场景使用。此外卫星物联网还有一个重要概念“卫星”。这几年卫星通信的话题热度极高。但是大家主要讨论的是手机卫星通信比如我们使用的智能手机的各种地图APP也借助了卫星信号的传输。其实相比手机卫星通信卫星物联网的意义和价值无论是在覆盖面还是发展历程上都是更加值得关注的。接下来就详细给大家介绍一下卫星物联网的发展背景、研究现状以及未来前景。卫星物联网的发展背景卫星物联网就是基于卫星通信的物联网。1957年10月4日苏联人发射了世界上第一颗人造地球卫星开启了人类的航天时代。此时卫星基本上用于侦查、拍照等特殊性目的。到了60年代物联网的前身——传感网也诞生了同样也是出于特殊性目的。1965年美军在越南战场上为了侦查和轰炸胡志明小道通过飞机空投了大量的伪装传感器构建了一张无线传感网络。从那之后卫星和物联网传感网都是各自独立发展没有什么交集。到70-80年代卫星开始转民用但由于这是一个昂贵的技术所以卫星通信主要还是用于高价值回报的应用例如卫星电话电报、电视信号转播、地面遥感、气象观测等并未大面积走向市场。而物联网传感网这边发展较为缓慢。直到90年代才开始在民用领域有了一些探索。1990年美国工程师约翰·罗姆奇John Romkey发明了一台可以通过互联网打开和关闭的烤面包机算是世界上第一台真正意义上的“物联网设备”。1999年麻省理工学院的凯文·阿什顿Kevin Ashton教授首次提出了物联网Internet of Things的概念表示“世间万物皆可互联”。进入21世纪以后互联网的爆炸式发展让卫星和物联网这两种过去无太多交集的技术开始并行演进。卫星这边应用方向逐渐从卫星电话转向卫星上网基于卫星的数据连接业务开始出现并崛起。而物联网在2005年被ITU官方正名之后彻底取代了传感网成为一个新热点。之后的一段时间物联网主要以Wi-Fi、蓝牙等短距离通信技术为主。后来随着蜂窝移动通信技术的成熟基于蜂窝网络的物联网技术也开始走向前台。最具代表性的就是NB-IoT、LTE Cat.1还有备受关注的5G。这两年在数字化转型的浪潮下随着物联网越来越快的发展速度基于卫星通信的万物互联开始走向了公众视野。卫星物联网的应用价值那么为什么要让两个已经分开发展多年的技术突然要结合起来呢基于卫星通信的万物互联将是怎样的互联方式大家都知道地球虽然名叫“地球”但实际上是个“水球”。地球表面的71%是海洋只有29%才是陆地。即便是在陆地人类建设了那么多年的通信网络也只不过覆盖了陆地面积的20%。而海洋的我们更是只覆盖了5%。换言之整个地球的表面只有不到10%的面积有网络信号覆盖。那么问题来了。如果覆盖率这么低我们凭什么“互联万物”在没有地面通信系统信号覆盖的地方想要开展物联网应用该怎么办呢这就是卫星通信的意义所在——借助卫星的广覆盖能力弥补地面通信系统的不足实现更广阔的连接。卫星位于太空正所谓“站得高看得远”。它的覆盖能力是地面基站或光纤光缆无法比拟的。尤其是深山、森林、沙漠、草原、戈壁等地区传统地面通信难以触及成本太高、施工难度太大等都是卫星通信可以大展拳脚的地方。基于卫星通信的短信、电话和上网业务可以服务户外旅游、探险科考、航空航海这些我就不多介绍了。接下来我给大家详细说说卫星物联网的几个典型案例。资产管理企业都有自己的资产需要对资产进行监测和管理。有些企业的资产分布较广可能在偏远地区例如戈壁地区的油田、深山里的水电站等。采用人力前往巡查会产生较大的成本。而传统蜂窝基站又覆盖不到。这时候就可以让数据采集终端通过卫星通信及时上报企业资产的数据和状态。车船追踪甚至飞行器追踪也是资产追踪管理的一种。通过交通工具上的物联网设备可以让管理者随时知道车、船、飞机的位置及时发现是否存在异常。地质灾害预测这几年地质灾害频繁例如地震、山体滑坡等对居民生命和财产安全造成了不小的威胁。事实上地质灾害发生前都会有一些例如抖动、山体位移等征兆。这个征兆靠人力很难察觉但通过安装检测设备自动上报监测到的抖动信息、位移信息就可以提前进行灾害预警减少损失。而监测点一般都比较偏远且都是室外露天场所非常适合采用卫星通信技术。现在城区很多危险品爆燃事故其实也可以通过卫星通信进行监测。监测点设置有害气体传感器及时上报异常即可。农业应用现在很多农林牧渔场景都是规模化运作面临着大面积、远距离等问题同时农业场景对环境的要求也很高需要实时对温湿度、土壤成分等进行严格监测。很明显矛盾产生了。人力所能采集到的数据不仅在准确性上有待考究同时效率低、成本高。所以卫星物联网成为了解决这个矛盾的新思路。在畜牧业场景对大量的牲畜进行放牧也可以借助卫星物联网防止牲畜走失。野生动物保护、重要植被保护道理也是一样。卫星物联网可以大大提升保护效率降低成本。总而言之卫星物联网的应用还有很多。几乎在所有行业都可以找到落地场景。大家会发现物联网应用有一些普遍特点例如分布广、节点多、露天场景多、通信数据量小、对时延不敏感等。这些特点都与卫星通信极为匹配。正因为如此卫星物联网正在快速崛起成为行业重点推动的方向。卫星物联网的技术进展想要大力推动卫星物联网应用离不开两个重要环节网络、终端。网络这边大家应该都有所关注。近年来卫星通信技术的进步很快。高通量卫星HTSHigh Throughput Satellite的出现还有低轨LEO卫星星座的建设大大提升了卫星通信的速率、容量以及覆盖。高通量卫星的带宽能力比传统卫星低通量1-2Gbps以内多了几倍甚至几十倍。它采用了更高的通信频段更大的卫星搭载平台更多的转发器更先进的天线技术现在已经成为各个国家发展GEO卫星的首选。低轨卫星LEO星座就更不用说了大家应该都比较熟悉。马斯克的星链就属于低轨星座。因为轨道高度更低卫星数量更多所以低轨卫星能实现更小的时延还有更高的速率和容量。除了网络之外终端同样也是实现卫星物联网的关键。终端上必须安装卫星通信模组才能实现数据收发。今年以来模组厂商在卫星物联网领域已有不少动作。就在几天前移远通信就宣布面向物联网行业应用推出了CC200A-LB卫星通信模组。这个模组主要针对的就是为那些蜂窝网络无法覆盖的偏远区域提供可靠的全球无线网络覆盖和连接应用在海事、运输、重型设备、农业、采矿以及石油和天然气监测等场景下。究竟卫星通信模组和普通的蜂窝模组有什么区别就CC200A-LB我们一起来看下。CC200A-LB搭载的是物联网通信和解决方案提供商ORBCOMM的卫星物联网连接平台使用 Inmarsat GEO星座的L频段通过IsatData ProIDP卫星服务提供可靠的全球连接并支持双向通信、低延时和近乎实时的报告功能。该卫星模组还可搭配蜂窝模组使用打造支持“卫星蜂窝”双模连接的物联网应用。在外观设计上CC200A-LB卫星模组采用紧凑型LCCLGA封装尺寸为 37mm x 38mm x 3.35mm。其还支持多星座GNSS定位以及简单易用的AT命令集。CC200A-LB模组支持的最大发送消息为6.4 Kbytes最大接收消息为10 Kbytes。其典型的传输延迟在100字节时为20秒在1KB时为40秒。接收延迟方面在100字节时为12秒在1KB时为70秒。CC200A-LB卫星模组还将兼容ORBCOMM计划于2023年第四季度推出的OGx服务届时将大大提升消息传输的速度和大小真正打造超低延时的信号传输体验。在GNSS定位能力上CC200A-LB卫星模组全面支持GPS L1、GLONASS L1、Galileo E1和北斗 B1频段。除了模组本身之外移远通信还承诺可以提供QCMP连接管理平台服务以及配套天线解决方案等一站式服务。“移远连接管理平台”QCMP平台提供中心化、易用的解决方案能帮助客户管理、监测物联网设备及其网络连接状态。用户还可通过该平台实现设备激活、数据流管理、收费标准管理等多种功能帮助客户更好地部署自身业务。CC200A-LB模组同样可搭配移远配套天线使用。该天线专门针对卫星连接进行了优化支持螺丝安装或磁性安装方式。同时客户还可以根据应用场景进行天线定制同样可以实现更高性能的卫星通信功能。根据移远通信官方透露的消息CC200A-LB模组已于今年3月提供工程样片6月份将提供客户样片9月份正式量产。