物聯(lián)網(wǎng)，即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡。準確的來說，傳感器部署才是關鍵。地面物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，依靠的通信網(wǎng)絡是地面網(wǎng)絡，比如移動通信網(wǎng)絡。
物聯(lián)網(wǎng)，即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡。在此基礎上，用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，也就是物物相聯(lián)。
其中，傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術之一，好比人的眼耳口鼻，但又不僅僅只是人的感官那么簡單。準確的來說，傳感器部署才是關鍵。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。其中，芯片負責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，則負責讓物-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，兩大應用場景備受關注，那便是移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，但大多應用場景主要體現(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)絡是地面網(wǎng)絡，比如移動通信網(wǎng)絡。
但移動通信網(wǎng)絡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)災害的監(jiān)測與預報；海洋監(jiān)測管理、海上浮標、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)絡無法覆蓋。因此，在一些偏遠的山區(qū)以及極寒地區(qū)等，幾乎是收不到網(wǎng)絡信號，這些都促使我們?nèi)嫿ㄌ斓匾惑w化的環(huán)境，也就是天基物聯(lián)，即靠天基信息網(wǎng)絡來實現(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，而要實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”，則需要的是另一種網(wǎng)絡——“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有限公司所屬的航天行云科技有限公司負責實施。工程于2018年正式啟動，計劃通過構建由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、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行有效連接，與地面通信設施形成互補，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、示范工程建設階段，計劃建設由“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，對實時數(shù)據(jù)要求不高的客戶就能使用網(wǎng)絡；β階段實現(xiàn)小規(guī)模組網(wǎng)，完成小星座系統(tǒng)構建，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。
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；
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，自然災害、突發(fā)事件等應急情況下依舊能夠正常工作。
利用天基信息網(wǎng)絡的優(yōu)勢，通過天基物聯(lián)網(wǎng)載荷和終端設備，將復雜環(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)絡技術的不斷發(fā)展，天基物聯(lián)網(wǎng)的應用前景充滿潛力。
應用前景展望
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)絡對很多偏遠區(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)進行有力補充。
以地區(qū)災害的監(jiān)測與預報為例，我們知道，在很多偏遠山區(qū)，遇大雨都有發(fā)生自然災害的危險，如果有了天基物聯(lián)網(wǎng)，可在這些危險區(qū)域設置大量傳感器，并與天基衛(wèi)星進行連接，天基衛(wèi)星采集到數(shù)據(jù)后傳到處理中心，就可對災害進行預警。
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)新應用，汽車除了要安裝激光雷達等傳感器外，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)，在偏遠的海洋、島嶼、沙漠等地也能輕松上網(wǎng)。尤其是地面網(wǎng)絡無法覆蓋的偏遠地區(qū)和應急需要，如為應急救災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)麥肯錫預測，預計在2025年前，天基物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值可達5600億美元至8500億美元；美國最權威衛(wèi)星行業(yè)咨詢公司NSR更是預測，在未來10年，亞洲將成為天基物聯(lián)網(wǎng)收入復合增長率唯一超過10%的區(qū)域。
未來可能面臨的困難
不過，衛(wèi)星上天，應用落地是關鍵。以地面窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT為例，目前在該領域還沒有殺手級應用出現(xiàn)，基于此，行業(yè)人士也對表達了部分擔憂，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用場景和應用群體。
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)的標準?？偟膩碚f，未來，業(yè)界還將針對這兩方面的困難進行進一步探索。
國外天基物聯(lián)網(wǎng)建設概況
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域已經(jīng)發(fā)展較為成熟，這些應用本質(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)的輸變電設施遠程監(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。
