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                400萬+工程師在用

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                IoT上天,低軌衛星也要參一腳物聯網通信?

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                描述

                今年8月,SpaceX收購了一家太空通信初創公司Swarm。以SpaceX的體量來看,Swarm還不夠塞牙縫的,該公司目前投入運作的只有120顆面包大小的微型衛星,還有一個基于地面站的網絡。在外人看來,SpaceX只不過是多了另外的衛星組合罷了,然而這家成立19年的龍頭太空公司收獲的還有FCC頻段的授權以及面向物聯網的組網能力。
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                為物聯網接入衛星通信
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                雖然同樣是搭建衛星通信網絡,但與SpaceX星鏈計劃面向流媒體、網頁瀏覽和游戲的目標不同,Swarm的衛星乃是面向低帶寬的物聯網市場。Swarm的目標是實現衛星全球覆蓋,不管在哪個地點,都有至少3臺衛星提供服務。在完成了明年的發射目標后,Swarm預計將在軌衛星數將達到150個。

                Swarm?Tile?/ Swarm
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                除了衛星發射外,Swarm也有專用的衛星通信模組和地面基站建設。就拿其推出的模組Swarm Tile來說,該模組內置GPS模塊,可以嵌入到IoT設備中,而且很容易與新的或是已有的PCB設計整合。據Swarm的說法,這套模組非常適用于資產跟蹤、轉發傳感器數據以及工業級IoT應用。
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                模組雖小,但也不便宜,一塊Swarm Tile的售價就要119美元,而且還要支付每月5美元的數據服務費用。這5美元的數據服務費包括750份數據包,每個數據包的大小不得超過192字節。單靠這一模組自然無法實現與衛星通信,因此購買該模組也會附贈甚高頻(VHF)天線。
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                Swarm?Tile內部結構 / Swarm
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                該模組以148-150.05MHz的頻率發送數據,速率為1kbps,最大延遲小于1分鐘。除了GPS和VHF外,該模組選用了一塊ARM Cortex-M4作為處理器,并擁有三種電源模式。睡眠模式下,最大電流僅有22 22 μA,接收模式下最大電流為35mA,只有在發射模式下才會達到939mA。Swarm還提供了Buck-Boost的太陽能充電設計,方便為物聯網設備持續供電。
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                那么Swarm建立的物聯網連接究竟是如何進行數據傳輸的呢?首先用戶的設備數據傳輸給Swarm Tile,然后再由Swarm的自主協議傳輸給衛星,每個Tile最多可以存儲2000個未發送的用戶信息。接著衛星將用戶信息發送給地面基站,如果衛星覆蓋范圍內存在地面基站的話,這些信息會即刻被發送出去,否則會存儲在衛星上直到有一個地面基站出現在覆蓋范圍內,每個衛星最多可以存儲4000條用戶信息。最后地面基站將信息轉發給Swarm的云服務器,然后通過接口等方式發送給用戶的手機app、電腦或郵件。
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                要想開啟衛星物聯網,先搞定通信頻段
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                其次就是FCC授權的頻段了,在完成收購后時,Swarm也將在137-138MHz與148-150.05MHz下開展服務的授權一并轉移給了SpaceX。對于太空通信業務來說,頻段是至關重要的,如果運營區域并沒有授予頻段授權,那么一切通信活動都是非法的,而Swarm更是早前在這上面翻了個跟頭。

                SpaceBEE衛星 / Swarm
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                2017年,Swarm向FCC申請衛星發射與運營的請求被拒絕,原因是他們的SpaceBEE衛星實在太小了。100mm?x 100mm x 28mm大小的衛星可以說是最小的商用衛星了,FCC擔心這么小的體積無法被美國太空監視網絡實時跟蹤。
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                然而Swarm卻轉而用印度的PSLV運載火箭發射了衛星,最終被FCC在2018年3月發現,彼時衛星已經與佐治亞州的地面站進行了一周以上的“非法通信”。為此,FCC對Swarm處以了90萬美元的罰款。
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                不過,Swarm在繳納了罰金之后,在2018年8月獲得了FCC的許可,重新激活了這些衛星,并強調這些衛星絕對可以追蹤。雖然依然小巧,但Swarm的SpaceBEE也稍微增加了一點體積,改成了110mm?x?110mm?x?28mm。
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                結語
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                其實這次SpaceX收購Swarm也并非毫無預兆,星鏈計劃欲覆蓋全球供網,自然也少不了低帶寬的物聯網通信。何況Swarm的前幾次發射中,也用到了SpaceX的獵鷹火箭,SpaceX必然也看到了Swarm在衛星物聯網上的潛力。
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                從目前的應用來看,日常的IoT設備在藍牙、Wi-Fi等無線連接下已經自給自足,只有一些海事、能源和農業等需要大范圍覆蓋的物聯網才要用到衛星通信。我國在建的天啟衛星物聯網系統也起著相同的作用,補充地面通信網絡的盲區。當下大部分物聯網衛星和應用繼承了地面IoT低功耗的特性,但地面的應用瞬息萬變,在沒有實現全球覆蓋和低延遲傳輸之前,以低軌衛星來做物聯網還是很難保證實時性。

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