物聯(lián)網(wǎng)，即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。準(zhǔn)確的來(lái)說(shuō)，傳感器部署才是關(guān)鍵。地面物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，依靠的通信網(wǎng)絡(luò)是地面網(wǎng)絡(luò)，比如移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。
物聯(lián)網(wǎng)，即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信，也就是物物相聯(lián)。
其中，傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，好比人的眼耳口鼻，但又不僅僅只是人的感官那么簡(jiǎn)單。準(zhǔn)確的來(lái)說(shuō)，傳感器部署才是關(guān)鍵。從這一層面上來(lái)說(shuō)，僅有傳感器采集數(shù)據(jù)還不行，還需要芯片與通信網(wǎng)絡(luò)。其中，芯片負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和處理傳感器數(shù)據(jù)，如存儲(chǔ)芯片、處理器等；通信網(wǎng)絡(luò)，則負(fù)責(zé)讓物-物、物-人之間順利傳輸數(shù)據(jù)。三者缺一不可，共同作用，才是物聯(lián)網(wǎng)概念的題中之意。
地面物聯(lián)網(wǎng)與天基物聯(lián)網(wǎng)
在5G時(shí)代來(lái)臨之際，兩大應(yīng)用場(chǎng)景備受關(guān)注，那便是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，但大多應(yīng)用場(chǎng)景主要體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)上。物聯(lián)網(wǎng)從1999年提出至今，已形成完整的概念，依托于地面物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用逐漸發(fā)展成熟。地面物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，依靠的通信網(wǎng)絡(luò)是地面網(wǎng)絡(luò)，比如移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。
但移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于全球的覆蓋是有限的，很多地區(qū)都沒(méi)有信號(hào)。在一些大范圍、跨地域、惡劣環(huán)境等數(shù)據(jù)收集的領(lǐng)域，由于空間、環(huán)境等限制，地面物聯(lián)網(wǎng)無(wú)能為力，出現(xiàn)了服務(wù)能力與需求失配的現(xiàn)象。這時(shí)，便需要天基物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)發(fā)射許多顆低軌道衛(wèi)星組成衛(wèi)星鏈，對(duì)全球進(jìn)行有效的覆蓋。
比如，海洋、森林、礦產(chǎn)等資源的監(jiān)視與管理；地區(qū)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)；海洋監(jiān)測(cè)管理、海上浮標(biāo)、海上救生；交通、物流、輸油管道、電網(wǎng)等監(jiān)控管理；野外珍稀動(dòng)物的跟蹤監(jiān)測(cè)；軍事的無(wú)人機(jī)、導(dǎo)彈、艦船、車輛的協(xié)同控制等。
特別是在全球超過(guò)80%的陸地及95%以上的海洋，移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋。因此，在一些偏遠(yuǎn)的山區(qū)以及極寒地區(qū)等，幾乎是收不到網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，這些都促使我們?nèi)?gòu)建天地一體化的環(huán)境，也就是天基物聯(lián)，即靠天基信息網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。
我國(guó)打造首個(gè)天基物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目
通過(guò)衛(wèi)星組成的天基互聯(lián)網(wǎng)，可使我們能夠隨時(shí)隨地的接入網(wǎng)絡(luò)，而要實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物互聯(lián)”，則需要的是另一種網(wǎng)絡(luò)——“物聯(lián)網(wǎng)”。在日前舉行的航天高峰論壇上，我國(guó)宣布將打造首個(gè)“天基物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)，兩顆試驗(yàn)驗(yàn)證星將于2019年年底發(fā)射。
據(jù)了解，我國(guó)首個(gè)“天基物聯(lián)網(wǎng)”被命名為“行云工程”，由中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司所屬的航天行云科技有限公司負(fù)責(zé)實(shí)施。工程于2018年正式啟動(dòng)，計(jì)劃通過(guò)構(gòu)建由80顆低軌通信小衛(wèi)星的星座系統(tǒng)，發(fā)揮通信衛(wèi)星“全球覆蓋、通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、成本低”等優(yōu)勢(shì)，以衛(wèi)星為基站，將全球范圍內(nèi)各種信息節(jié)點(diǎn)和傳感器等智能終端進(jìn)行有效連接，與地面通信設(shè)施形成互補(bǔ)，形成基于衛(wèi)星、覆蓋全球的物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)。
據(jù)悉，“行云工程”分為α、β、γ階段。α階段為試運(yùn)營(yíng)、示范工程建設(shè)階段，計(jì)劃建設(shè)由“行云二號(hào)”01星與02星組成的系統(tǒng)，同步開展試運(yùn)營(yíng)、示范工程建設(shè)，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)要求不高的客戶就能使用網(wǎng)絡(luò)；β階段實(shí)現(xiàn)小規(guī)模組網(wǎng)，完成小星座系統(tǒng)構(gòu)建，并開展第一階段系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)和市場(chǎng)開拓工作。屆時(shí)，天基物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)1小時(shí)提供一次數(shù)據(jù)；γ階段將完成80顆星的全球組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，在全球范圍內(nèi)為全世界提供天基物聯(lián)網(wǎng)即時(shí)服務(wù)。
天基物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)
總的來(lái)說(shuō)，天基物聯(lián)網(wǎng)擁有以下幾點(diǎn)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：
1、通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域廣，可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，傳感器的布設(shè)幾乎不受空間限制；
2、幾乎不受天氣、氣候影響，全天時(shí)全天候工作；
3、系統(tǒng)抗毀性強(qiáng)，自然災(zāi)害、突發(fā)事件等應(yīng)急情況下依舊能夠正常工作。
利用天基信息網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)天基物聯(lián)網(wǎng)載荷和終端設(shè)備，將復(fù)雜環(huán)境下的傳感器連入天基物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)信息的跨地域傳輸，是解決目前地面物聯(lián)網(wǎng)短板的有效途徑，隨著我國(guó)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，天基物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景充滿潛力。
應(yīng)用前景展望
理論上，我國(guó)擁有全球最大的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。目前，全球移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)很多偏遠(yuǎn)區(qū)域無(wú)法實(shí)現(xiàn)覆蓋，對(duì)這些區(qū)域，“行云工程”將發(fā)揮重要作用。天基物聯(lián)網(wǎng)建成后，可在地面信號(hào)無(wú)法覆蓋的地區(qū)，對(duì)地面物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有力補(bǔ)充。
以地區(qū)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)為例，我們知道，在很多偏遠(yuǎn)山區(qū)，遇大雨都有發(fā)生自然災(zāi)害的危險(xiǎn)，如果有了天基物聯(lián)網(wǎng)，可在這些危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置大量傳感器，并與天基衛(wèi)星進(jìn)行連接，天基衛(wèi)星采集到數(shù)據(jù)后傳到處理中心，就可對(duì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警。
以無(wú)人駕駛為例，我們知道，高精度定位將給物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)創(chuàng)新應(yīng)用，汽車除了要安裝激光雷達(dá)等傳感器外，還必須具備厘米級(jí)的絕對(duì)定位能力。天基高軌衛(wèi)星增強(qiáng)，可用相對(duì)較小的成本，實(shí)現(xiàn)廣域范圍的覆蓋，只有星基增強(qiáng)系統(tǒng)才能快速實(shí)現(xiàn)極低成本的全球覆蓋。
再以航運(yùn)為例，全球前十大航運(yùn)公司中，中國(guó)擁有三家，而且，中國(guó)生產(chǎn)了全球95%的集裝箱。集裝箱在跨國(guó)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，比如在海上運(yùn)輸過(guò)程中，由于沒(méi)有地面網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，可通過(guò)天基物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)集裝箱軌跡狀態(tài)，以及監(jiān)控集裝箱的溫、濕度等數(shù)據(jù)。
2018年9月，行云科技公司與武漢漢歐國(guó)際物流有限公司已開展市場(chǎng)應(yīng)用合作。漢歐國(guó)際副總經(jīng)理高若瑞表示，有了天基物聯(lián)網(wǎng)，隨時(shí)都能監(jiān)測(cè)整個(gè)集裝箱的狀態(tài)，甚至可實(shí)時(shí)了解溫度、濕度，也能給客戶更好的反饋，讓客戶滿意。
除集裝箱遠(yuǎn)洋運(yùn)輸外，天基物聯(lián)網(wǎng)還可用于海洋島嶼通信、石油電力監(jiān)管、農(nóng)機(jī)數(shù)據(jù)采集與運(yùn)輸、工程機(jī)械信息傳輸?shù)缺姸嘈袠I(yè)領(lǐng)域。特別是與現(xiàn)有通信衛(wèi)星相比，天基物聯(lián)網(wǎng)終端很小，未來(lái)會(huì)是指甲殼大甚至更小的芯片，嵌入手機(jī)，就能與衛(wèi)星通聯(lián)，在偏遠(yuǎn)的海洋、島嶼、沙漠等地也能輕松上網(wǎng)。尤其是地面網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)和應(yīng)急需要，如為應(yīng)急救災(zāi)快速建立通信鏈路和指揮系統(tǒng)，為戶外運(yùn)動(dòng)遇險(xiǎn)人員搭建生命保護(hù)線，為海洋漁政提供動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息，為水利防汛系統(tǒng)管理防汛地區(qū)，為勘探科考野外作業(yè)提供通信保障等。
根據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)在2025年前，天基物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值可達(dá)5600億美元至8500億美元；美國(guó)最權(quán)威衛(wèi)星行業(yè)咨詢公司NSR更是預(yù)測(cè)，在未來(lái)10年，亞洲將成為天基物聯(lián)網(wǎng)收入復(fù)合增長(zhǎng)率唯一超過(guò)10%的區(qū)域。
未來(lái)可能面臨的困難
不過(guò)，衛(wèi)星上天，應(yīng)用落地是關(guān)鍵。以地面窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT為例，目前在該領(lǐng)域還沒(méi)有殺手級(jí)應(yīng)用出現(xiàn)，基于此，行業(yè)人士也對(duì)表達(dá)了部分擔(dān)憂，稱天基物聯(lián)網(wǎng)可能會(huì)出現(xiàn)用戶群體不確定的情況，未來(lái)，星窄帶物聯(lián)網(wǎng)可能也需要花時(shí)間找出應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用群體。
另外，市場(chǎng)需求雖然客觀存在，但并不是一兩個(gè)用戶能撐起整個(gè)天基物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)成本，因此，建立天基物聯(lián)網(wǎng)還存在另外一個(gè)困難，那就是沒(méi)有全球統(tǒng)一用于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩?lái)說(shuō)，未來(lái)，業(yè)界還將針對(duì)這兩方面的困難進(jìn)行進(jìn)一步探索。
國(guó)外天基物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)概況
目前，國(guó)外基于天基信息系統(tǒng)開展的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)及控制等在某些領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展較為成熟，這些應(yīng)用本質(zhì)上都屬于天基物聯(lián)網(wǎng)的范疇。比較典型有國(guó)外的Argos系統(tǒng)，Orbcomm系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)基于北斗系統(tǒng)的輸變電設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控，以及軍事上的衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈等?？梢?jiàn)，國(guó)際天基物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)，正在邁進(jìn)爆發(fā)階段。
另外，除現(xiàn)有的幾大天基物聯(lián)網(wǎng)，不少發(fā)達(dá)國(guó)家都計(jì)劃在未來(lái)數(shù)年，發(fā)射數(shù)百顆低軌道衛(wèi)星組建衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座。
