衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信

30多年前，衛(wèi)星定位技術(shù)的問世開啟了資產(chǎn)追蹤的大門。在地面基礎(chǔ)設(shè)施的幫助下，衛(wèi)星將定位范圍從本地?cái)U(kuò)大到全國(guó)，然后又進(jìn)一步擴(kuò)大到全球。衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展方興未艾，數(shù)字通信也在轉(zhuǎn)型后迅速崛起，物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 滲透到各行各業(yè)之中，為交通運(yùn)輸、工廠、個(gè)人設(shè)備、家庭、樓宇等應(yīng)用領(lǐng)域提供穩(wěn)定可靠的通信能力。這些年來，全球都鋪設(shè)了大量地面網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信。

隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展及物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)步，許多行業(yè)開始生產(chǎn)具有精準(zhǔn)定位能力的追蹤器，并不斷縮小其尺寸，從而應(yīng)用到汽車、農(nóng)業(yè)、物流和其他各種應(yīng)用領(lǐng)域。然而，這些追蹤器只能在鋪設(shè)了通信基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域工作。

在沒有此類基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域，也有可能建立通信連接，不過需要改為借助微納衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。微納衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由成本低廉的小型衛(wèi)星組成，能夠與資產(chǎn)追蹤器配合工作，執(zhí)行各種遠(yuǎn)程操作，例如監(jiān)測(cè)和維護(hù)海事、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的資產(chǎn)等。這種被稱為衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)正日漸普及。該技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，其安全而可靠的特點(diǎn)可方便企業(yè)與偏遠(yuǎn)地區(qū)的資產(chǎn)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星通信。

功耗是衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信時(shí)的主要挑戰(zhàn)

對(duì)于資產(chǎn)追蹤設(shè)備而言，依賴衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信時(shí)面臨的主要問題是功耗，而功耗取決于此類設(shè)備的設(shè)計(jì)及其更新定位的頻率。之后，為了盡可能地降低功耗，物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)師們考慮了許多重要的設(shè)計(jì)考慮因素。因此，即便資產(chǎn)追蹤等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用受到了各種制約，其需要的功率也遠(yuǎn)低于15年前。為了實(shí)現(xiàn)超低水平的功耗，企業(yè)在設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)充分考量了各種策略。盡管如此，在一些無法使用電源或無法定期更換電池的偏遠(yuǎn)地區(qū)，僅憑設(shè)計(jì)考慮因素可能還不足以滿足需求。

比如資產(chǎn)追蹤設(shè)備，這類設(shè)備只需要定時(shí)更新自己的位置，而“智能計(jì)量”應(yīng)用也只需要定期進(jìn)行測(cè)量。人們普遍認(rèn)為，這種情況下的功耗并不高，因?yàn)樵O(shè)備并未采用持續(xù)“追蹤模式”。但與連接到地面基礎(chǔ)設(shè)施的模塊相比，直接從衛(wèi)星接收信息的GNSS接收機(jī)模塊的功耗要高得多。智能儀表開啟后，根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度的不同，儀表可能需要幾十秒乃至幾分鐘的時(shí)間來計(jì)算定位。如此短暫的時(shí)間卻會(huì)消耗掉大量的電池電量，對(duì)于部署在偏遠(yuǎn)地區(qū)的資產(chǎn)而言，這會(huì)造成極大的不便。

有辦法可以解決這種功耗困境嗎？為了解答這個(gè)疑問，我們首先需要了解通過衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信進(jìn)行資產(chǎn)追蹤所必需的組成部分。

建立衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信追蹤必要組成是什么？

建立衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信追蹤大體需要三個(gè)主要組成部分：

第一個(gè)是近地軌道 (LEO) 衛(wèi)星。近地軌道衛(wèi)星在地球上空的近地軌道中運(yùn)行，距離地面200至2,000公里之間。為了確保獲得足夠的通信覆蓋范圍和通信能力，近地軌道衛(wèi)星與其他衛(wèi)星協(xié)同工作，形成一個(gè)星座。

第二個(gè)組成部分是GNSS接收機(jī)，該模塊從衛(wèi)星星座中獲取定位信息。

最后，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信追蹤器必須與云定位服務(wù)進(jìn)行通信。這能顯著降低功耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)出色的精度。

GNSS接收機(jī)和云定位服務(wù)有多重要？

GNSS接收機(jī)和云定位服務(wù)對(duì)促進(jìn)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信追蹤至關(guān)重要。當(dāng)今的GNSS接收機(jī)必須具備特定的特征，才能勝任這一任務(wù)。其中三個(gè)主要特征分別是：尺寸小、功耗低和適應(yīng)小型天線的能力。

u-blox MAX-M10就是一款滿足上述全部條件的GNSS接收機(jī)。從尺寸來看，MAX-M10只有100mm2，在空間受限的環(huán)境中可以輕松實(shí)現(xiàn)集成。這款模塊還為資產(chǎn)追蹤設(shè)備實(shí)現(xiàn)了超低功耗，并且不需要外部元器件。而且，雖然該模塊的尺寸小巧，但并不影響其GNSS定位性能。最后，憑借適應(yīng)小型天線的能力，這款GNSS接收機(jī)能與追蹤器設(shè)備內(nèi)的其他元器件在同一頻率下工作，僅需一個(gè)天線，這有助于縮小追蹤器尺寸。

那么云定位服務(wù)呢？u-blox CloudLocate服務(wù)是一款全面的解決方案，兼容包括衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的任何通信技術(shù)。CloudLocate在云端執(zhí)行定位任務(wù)，這可以有效延長(zhǎng)受功耗制約的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的電池壽命。

CloudLocate擁有出色便利性，第一個(gè)主要原因在于該服務(wù)是數(shù)據(jù)計(jì)算的外包實(shí)體。GNSS接收機(jī)本身不需要進(jìn)行位置計(jì)算。相反，這些計(jì)算任務(wù)被分載到云端。因此，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信中只需要進(jìn)行上行鏈路通信。接收機(jī)對(duì)GNSS信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，但數(shù)據(jù)以12至50字節(jié)大小的數(shù)據(jù)包形式傳送到云端，然后在云端計(jì)算位置。這里不需要用到下行鏈路，因?yàn)镃loudLocate會(huì)將位置信息傳遞到使用這些信息的企業(yè)云。

CloudLocate專為只需要少量每日更新的使用場(chǎng)景而設(shè)計(jì)。如果設(shè)備需要合理的精度，但不需要在連續(xù)“追蹤模式”下工作，比如遠(yuǎn)程追蹤器，這種服務(wù)就是非常理想的選擇。有些資產(chǎn)是不斷移動(dòng)的，比如卡車，需要定期更新其追蹤數(shù)據(jù)。但其他資產(chǎn)可能是靜態(tài)的，比如牲畜，僅需在特定情況下追蹤其位置。

相比獨(dú)立GNSS定位，CloudLocate只會(huì)消耗10%的電池電量。由于GNSS接收機(jī)不會(huì)執(zhí)行需要消耗大量電量的位置計(jì)算，這可以顯著降低設(shè)備功耗。相較于獨(dú)立的定位，這種方法只會(huì)“激活”幾秒鐘來預(yù)處理GNSS信號(hào)，然后就會(huì)“關(guān)閉”，因此可節(jié)省高達(dá)90%的電量。

接下來，我們把注意力轉(zhuǎn)向衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信。到目前為止，我們已經(jīng)簡(jiǎn)要介紹了建立衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信追蹤所需要的一些組成部分。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，這種機(jī)制還要略微復(fù)雜一些，因?yàn)槠渲羞€需要一個(gè)衛(wèi)星通信模塊來提供通信的基本功能。

理想情況下，此模塊應(yīng)確?？梢詫?shí)現(xiàn)雙向通信，以遠(yuǎn)程更改追蹤器的配置（例如信息采集率），并在L-band頻段信道傳輸信息，從而減少衛(wèi)星重傳次數(shù)。此外，還應(yīng)通過端到端加密確保數(shù)據(jù)傳輸的安全性，同時(shí)確保使用L-band信道實(shí)現(xiàn)高效傳輸。最后，此模塊還應(yīng)該能夠承受-20 °C到70 °C之間的溫度，并保持較低的電池電壓（如3.3 V）和80 mA左右的峰值電流。

我們是如何幫助客戶的？

Astrocast開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)追蹤器的工作原理相對(duì)比較簡(jiǎn)單。首先，由u-blox的超低功耗GNSS接收機(jī)MAX-M10收集數(shù)據(jù)。然后，Astronode S模塊將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸strocast衛(wèi)星星座及其云平臺(tái)，在對(duì)RAW GNSS樣本進(jìn)行處理后，通過API（應(yīng)用程序編程接口）將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到u-blox CloudLocate。最后一步是將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有意義的位置信息。這一過程可以顯著降低功耗，與傳統(tǒng)的獨(dú)立GNSS在冷啟動(dòng)后30秒的定位相比，可節(jié)省高達(dá)90%的電量。憑借這種大幅度的節(jié)能機(jī)制，雖然追蹤器采用的電池尺寸小巧，但仍可工作數(shù)個(gè)月。

u-blox (M10 + CloudLocate) 與Astrocast的合作極大地提高了電池效率，讓受能源制約的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也可以將GNSS技術(shù)與低帶寬、遠(yuǎn)距離衛(wèi)星通信相結(jié)合。

Astronode S與 M10 (L1) 在相同的頻率范圍中工作，因此使用一個(gè)天線就能與Astrocast衛(wèi)星通信并偵聽GNSS衛(wèi)星。Astronode S模塊設(shè)計(jì)小巧輕便，充分體現(xiàn)了Astrocast和u-blox兩家公司產(chǎn)品的理想共生和兼容性。作為一款經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，該模塊也帶來了極大的便利性。但該模塊的兼容性還不止于此，u-blox和Astrocast都提供了公開的API來訪問數(shù)據(jù)。因此，Astronode S輕松集成了基于云的服務(wù)，為客戶帶來了更便捷的使用體驗(yàn)。

我們?cè)笖y手客戶助推新市場(chǎng)創(chuàng)新發(fā)展

由于地理范圍因素，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信市場(chǎng)表現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)分析的數(shù)據(jù)，到2026年，該市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到2017年的兩倍以上，約為10億美元。這一趨勢(shì)表明，隨著衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)公司認(rèn)識(shí)到其全球覆蓋的潛力，特別是在零星通信或沒有通信的偏遠(yuǎn)地區(qū)，該解決方案正在迅速普及。

在u-blox元器件的支持下，Astrocast開發(fā)出了一款尺寸小巧、安全可靠的高能效資產(chǎn)追蹤器。GNSS接收機(jī)MAX-M10和CloudLocate專為Astrocast這樣的創(chuàng)新解決方案而打造，符合所有相關(guān)要求，必將對(duì)這類新市場(chǎng)趨勢(shì)產(chǎn)生重大影響。