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)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)。準(zhǔn)確的來說，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)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，用戶端延伸和擴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單。準(zhǔn)確的來說，傳感器部署才是關(guān)鍵。從這一層面上來說，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)存儲和處理傳感器數(shù)據(jù)，如存儲芯片、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時代來臨之際，兩大應(yīng)用場景備受關(guān)注，那便是移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，但大多應(yīng)用場景主要體現(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)，比如移動通信網(wǎng)絡(luò)。
但移動通信網(wǎng)絡(luò)對于全球的覆蓋是有限的，很多地區(qū)都沒有信號。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)無能為力，出現(xiàn)了服務(wù)能力與需求失配的現(xiàn)象。這時，便需要天基物聯(lián)網(wǎng)通過發(fā)射許多顆低軌道衛(wèi)星組成衛(wèi)星鏈，對全球進(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)測與預(yù)報；海洋監(jiān)測管理、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；野外珍稀動物的跟蹤監(jiān)測；軍事的無人機、導(dǎo)彈、艦船、車輛的協(xié)同控制等。
特別是在全球超過80%的陸地及95%以上的海洋，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋。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，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)來實現(xiàn)，通過衛(wèi)星實現(xiàn)全球覆蓋。
我國打造首個天基物聯(lián)網(wǎng)項目
通過衛(wèi)星組成的天基互聯(lián)網(wǎng)，可使我們能夠隨時隨地的接入網(wǎng)絡(luò)，而要實現(xiàn)“萬物互聯(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，我國宣布將打造首個“天基物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)，兩顆試驗驗證星將于2019年年底發(fā)射。
據(jù)了解，我國首個“天基物聯(lián)網(wǎng)”被命名為“行云工程”，由中國航天科工集團(tuán)有限公司所屬的航天行云科技有限公司負(fù)責(zé)實施。工程于2018年正式啟動，計劃通過構(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，以衛(wèi)星為基站，將全球范圍內(nèi)各種信息節(jié)點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，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階段為試運營、示范工程建設(shè)階段，計劃建設(shè)由“行云二號”01星與02星組成的系統(tǒng)，同步開展試運營、示范工程建設(shè)，對實時數(shù)據(jù)要求不高的客戶就能使用網(wǎng)絡(luò)；β階段實現(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)運營和市場開拓工作。屆時，天基物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)1小時提供一次數(shù)據(jù)；γ階段將完成80顆星的全球組網(wǎng)，實現(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)即時服務(wù)。
天基物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢
總的來說，天基物聯(lián)網(wǎng)擁有以下幾點獨特優(yōu)勢：
1、通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域廣，可實現(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，全天時全天候工作；
3、系統(tǒng)抗毀性強，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，通過天基物聯(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，我國擁有全球最大的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場。目前，全球移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)對很多偏遠(yuǎn)區(qū)域無法實現(xiàn)覆蓋，對這些區(qū)域，“行云工程”將發(fā)揮重要作用。天基物聯(lián)網(wǎng)建成后，可在地面信號無法覆蓋的地區(qū)，對地面物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有力補充。
以地區(qū)災(zāi)害的監(jiān)測與預(yù)報為例，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，如果有了天基物聯(lián)網(wǎng)，可在這些危險區(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，就可對災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警。
以無人駕駛為例，我們知道，高精度定位將給物聯(lián)網(wǎng)帶來創(chuàng)新應(yīng)用，汽車除了要安裝激光雷達(dá)等傳感器外，還必須具備厘米級的絕對定位能力。天基高軌衛(wèi)星增強，可用相對較小的成本，實現(xiàn)廣域范圍的覆蓋，只有星基增強系統(tǒng)才能快速實現(xiàn)極低成本的全球覆蓋。
再以航運為例，全球前十大航運公司中，中國擁有三家，而且，中國生產(chǎn)了全球95%的集裝箱。集裝箱在跨國運輸?shù)倪^程中，比如在海上運輸過程中，由于沒有地面網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，可通過天基物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，實時監(jiān)測集裝箱軌跡狀態(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際物流有限公司已開展市場應(yīng)用合作。漢歐國際副總經(jīng)理高若瑞表示，有了天基物聯(lián)網(wǎng)，隨時都能監(jiān)測整個集裝箱的狀態(tài)，甚至可實時了解溫度、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)機數(shù)據(jù)采集與運輸、工程機械信息傳輸?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，未來會是指甲殼大甚至更小的芯片，嵌入手機，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)，為戶外運動遇險人員搭建生命保護(hù)線，為海洋漁政提供動態(tài)監(jiān)測信息，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，預(yù)計在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；美國最權(quán)威衛(wèi)星行業(yè)咨詢公司NSR更是預(yù)測，在未來10年，亞洲將成為天基物聯(lián)網(wǎng)收入復(fù)合增長率唯一超過10%的區(qū)域。
未來可能面臨的困難
不過，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)域還沒有殺手級應(yīng)用出現(xiàn)，基于此，行業(yè)人士也對表達(dá)了部分擔(dān)憂，稱天基物聯(lián)網(wǎng)可能會出現(xiàn)用戶群體不確定的情況，未來，星窄帶物聯(lián)網(wǎng)可能也需要花時間找出應(yīng)用場景和應(yīng)用群體。
另外，市場需求雖然客觀存在，但并不是一兩個用戶能撐起整個天基物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)成本，因此，建立天基物聯(lián)網(wǎng)還存在另外一個困難，那就是沒有全球統(tǒng)一用于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f，未來，業(yè)界還將針對這兩方面的困難進(jìn)行進(jìn)一步探索。
國外天基物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)概況
目前，國外基于天基信息系統(tǒng)開展的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測及控制等在某些領(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。比較典型有國外的Argos系統(tǒng)，Orbcomm系統(tǒng)，國內(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?，國際天基物聯(lián)網(wǎng)的市場，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)國家都計劃在未來數(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。
