卫星物联网设备时代终于到来

光电应用专栏

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虽然“物联网 (IoT)”一词早在 1999 年已经出现,但直到 2010 年代,这一领域的广阔市场才发展起来。当然,原因之一是物联网设备需要建立广泛的通信连接才能成功运行。伴随着消费性移动网络市场在过去几十年里蓬勃发展,物联网市场也顺势爆发。巧合的是,物联网一词由消费品公司宝洁提出。计算机科学家 Kevin Ashton 在提出跟踪产品在供应链中的流动这一想法时,提到了物联网一词。快进到当下,我们知道物联网市场早已不再局限于最初的用例。 

如果我们询问物联网行业以外的人员,他们很可能会提到互联设备,例如家庭加热/冷却系统、家庭安全系统,甚至可能是配备高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 的汽车。但是,对于物联网的众多不同应用和用例而言,这些只是冰山一角。要使这些物联网设备变得无处不在,长期愿景始终是需要在任何地方建立连接,并能够应用于各种用例。

但当今的物联网设备主要采用蜂窝网络。虽然相比十年前,如今蜂窝网络基础设施的可用性要广泛得多,但仍然面临着地面网络的限制。 据各种估计,地面网络在地球表面的覆盖率仅为 15%,仅占地球总陆地面积的 50%。为了实现物联网愿景,我们需要突破地面网络的限制。卫星物联网应运而生。

什么是卫星物联网?

卫星物联网是指利用卫星宽带通信提供物联网服务。基于地球的物联网传感器和终端设备可以直接通过卫星网络或与基于地球的网络协作进行通信。实际上,这种方法使我们的网络能够覆盖整个地球,包括海洋、沙漠和险恶的山区。

为什么是现在?

在物联网一词出现之前,卫星连接就已经用于远程遥测应用。但到目前为止,由于卫星连接成本较高,物联网应用一直将其视为最后选择。但是,物联网应用与基于地球的蜂窝网络基础设施相结合带来了巨大商机,这激起了大家对卫星物联网的兴趣。随着卫星物联网市场不断发展,CEVA 的 PentaG2 技术平台可以赋能众多产品服务。有关此主题的更多细节,请访问本文末尾。

业务驱动因素

最近,包括近地轨道 (LEO)、地球静止轨道 (GEO) 和中地球轨道 (MEO) 星座在内的卫星正在迅速增加,并有望提供物联网服务及其他传统服务。传统的移动网络运营商和卫星网络运营商之间的合作越来越多,可提供卫星和蜂窝网络混合服务。该组合解决方案使设备能够将蜂窝连接用作主要选项,当人们去到没有地面网络覆盖的区域时,可切换至卫星网络。 

移动运营商以及智能手机公司已经与卫星运营商开展合作,提供在紧急情况下使用的短信服务和一键通服务。随着 iPhone 14 的推出,苹果掀起了移动设备和物联网设备直接连接的新浪潮。T-Mobile 最近宣布与 LEO 卫星网络运营商 SpaceX 合作,让手机连接无处不在。AT&T 宣布与另一家 LEO 卫星网络运营商 OneWeb 合作。

技术标准化驱动因素

3GPP 版本 13(在 2016 年推出)支持窄带物联网 (NB-IoT) 和 LTE-M 服务,对于带宽要求低于常规智能手机的物联网设备,可提升电池续航时间和成本灵活性。窄带意指使用全部可用带宽的一小部分。最近发布的 3GPP 版本 17 支持面向 5G NR、NB-IoT 和 LTE-M 功能的非地面网络 (NTN)。这样一来,支持这些协议的物联网设备便可通过标准调制解调器来使用卫星网络。随着 3GPP 版本 17 的推出,物联网连接可扩展到太空。还可以部署移动通信和固件更新,以覆盖偏远地区。 

面临的挑战和差异化机遇

每一次新的技术进步,都会带来技术和业务方面的挑战。清除通信和连接障碍后,用例有望实现跨越式增长。对于每种用例,服务需求和相关产品需求会有所不同。服务提供商可以提供分层服务,满足不同的数据速率需求。提供这些服务的硬件应具备可编程、具有灵活性且可扩展的特性,以延长产品的使用寿命。产品还应符合低成本、高能效理念。设备制造商可以灵活选择满足其需求的协议:5G、轻量级 5G (RedCap)、NB-IoT 或 LTE-M,每种协议在成本、功耗和数据速率方面有不同的取舍。

推动卫星物联网市场的发展,提升设备连接性

农业监测、智能电网、石油和天然气、管道监测、资产跟踪、流量管理、零售行业等都可以从卫星物联网服务中受益。随着低成本、低功耗的基于卫星的全球连接变得普及,全球的互联传感器总数将加速增长。基于卫星的物联网可以高效连接每个网络单元中的海量设备。根据 3GPP 版本 17(及后续版本),基于 5G 架构的下一代卫星网络将进一步推动卫星行业发展,并将未来的一些 5G 蜂窝网络带入太空。

文章来源:CEVA公司

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