物联网自概念提出以来,经历了飞速的发展阶段。从早期简单的设备互联,到如今深入各行业领域,成为推动经济社会数字化转型的关键力量。
传统物联网主要依赖地面通信基础设施,如基站、网关等,实现设备之间的互联互通。其在人口密集、基础设施完善的区域取得了显著成效,广泛应用于智能家居、工业自动化、智能零售等场景。
然而,随着应用范围的不断拓展,传统物联网的局限性也逐渐显现。
卫星物联网则是借助卫星通信技术构建的物联网体系,它以卫星作为通信中继,打破了地面通信的地理限制。
近年来,随着航天技术的进步和商业航天的兴起,卫星物联网迎来了快速发展期,为物联网的发展开辟了新的维度,正逐步成为传统物联网的有力补充甚至在某些场景下的替代方案,两者在不同维度的特点对比,引发了行业对于物联网未来发展路径的深入思考。
(一)传统物联网覆盖短板1、偏远地区
传统物联网在偏远地区面临着极大的挑战。例如在非洲撒哈拉沙漠地区的一些村落,由于地处偏远,人口密度低,建设地面通信基站成本高昂且维护困难,导致网络覆盖严重不足。
当地的一些小型农业合作社,想要通过物联网技术实时监测农田的土壤湿度、气象条件等信息,以优化灌溉和种植策略,但因网络缺失无法实现,极大地限制了农业生产效率的提升和数字化转型进程[1]。
2、海洋领域
在海洋领域,传统物联网更是捉襟见肘。据国际海事组织(IMO)统计,全球约90%的国际贸易通过海运完成,但在广阔的海洋上,船舶一旦远离海岸线,就很难获得稳定的网络连接。
一艘从中国前往欧洲的远洋货轮,在航行过程中,由于传统物联网覆盖不到,无法实时向公司总部传输船舶的航行数据、货物状态等信息,公司无法及时掌握船舶动态,增加了运营风险和管理成本[2]。
(二)卫星物联网全球覆盖实力
卫星物联网通过构建卫星星座来实现全球覆盖。低轨卫星星座由于轨道高度较低(一般在500-2000千米),信号传输延迟小,能够快速与地面设备进行通信。例如,SpaceX的星链(Starlink)计划,截至2025年,已发射了数万颗低轨卫星,其目标是在全球范围内提供高速、稳定的互联网接入服务,包括偏远地区和海洋区域。这些卫星通过相互之间的激光链路进行数据中继,形成一个庞大的太空网络,地面终端只需通过小型天线即可与卫星建立连接[3]。
我国也在积极布局卫星物联网星座。如中国航天科技集团的鸿雁星座,计划由3000余颗低轨道小卫星及全球数据业务处理中心组成,实现全球任意地点的物联网数据接入,为用户提供全球实时数据通信和综合信息服务,预计在未来几年内逐步完成星座部署并投入使用[4]。
(三)覆盖差异带来的应用差距1、货物运输监控
在全球供应链管理中,传统物联网难以对偏远地区的货物存储和运输进行有效监控。
例如,在南美洲的一些矿业公司,从矿区开采的矿石需要经过长途运输才能到达港口装船出口。由于运输路线经过很多偏远山区,传统物联网无法覆盖,公司无法实时了解矿石在运输途中的位置、车辆状态等信息,经常出现货物丢失或运输延误的情况,影响了供应链的稳定性。
而采用卫星物联网技术的公司,可以实时跟踪货物的运输全过程,及时调整运输计划,降低了运营风险[5]。
2、远洋运输监测
在远洋运输监测方面,卫星物联网优势也十分明显。
以全球最大的航运公司马士基为例,其部分船舶采用了卫星物联网技术,通过卫星通信实时传输船舶的油耗、发动机状态、航行轨迹等数据。公司根据这些实时数据,可以优化船舶航线,降低油耗,提高运营效率。
而仍依赖传统物联网的航运公司,在远洋运输中无法及时获取船舶数据,难以进行精细化管理[6]。
(一)传统物联网的脆弱一面
在自然灾害面前,传统物联网的通信设施极其脆弱。1、飓风
在2018年美国北卡罗来纳州的飓风弗洛伦斯期间,大量地面通信基站被洪水淹没、被强风摧毁。据美国联邦通信委员会(FCC)报告,该地区超过70%的基站在飓风过后陷入瘫痪,导致当地传统物联网系统全面崩溃。
当地的智能电网系统因通信中断,无法实时监测电力设备状态,出现大面积停电,且修复工作因无法及时获取设备信息而进展缓慢,给居民生活和经济活动带来了极大影响[7]。
2、暴雨洪涝
2021年河南特大暴雨灾害中,城市内涝严重,大量通信机房被水浸泡,通信光缆被冲断。传统物联网在城市交通管理中的应用陷入混乱,智能交通信号灯无法正常工作,交通监控摄像头失去信号,导致城市交通大面积拥堵,救援车辆难以快速抵达受灾区域,严重影响了救援工作的开展[8]。
(二)卫星物联网的坚强后盾
卫星物联网在受灾地区仍能保持通信,主要原因在于其通信链路不依赖地面基础设施。卫星位于太空,不受地面自然灾害的直接影响。
例如,在2011年日本东日本大地震及海啸灾害中,日本的卫星物联网系统发挥了重要作用。受灾地区地面通信设施几乎全部瘫痪,但通过卫星物联网,救援人员能够及时将灾区的实时情况传输给指挥中心,包括受灾范围、人员被困位置等信息。同时,救援物资的调配也通过卫星物联网实现了高效管理,大大提高了救援效率[9]。
在我国2020年四川凉山州森林火灾救援中,卫星物联网同样发挥了关键作用。由于火灾发生在山区,地形复杂,传统通信难以覆盖,卫星物联网设备为现场救援人员提供了可靠的通信保障。通过卫星通信,救援指挥中心能够实时掌握火灾现场的火势蔓延方向、救援人员位置等信息,合理调配救援力量,最终成功扑灭大火[10]。
(三)抗灾能力对关键领域的影响1、应急救援
在应急救援领域,卫星物联网的抗灾优势至关重要。当发生重大灾害时,黄金救援时间往往有限,及时准确的信息传递是救援成功的关键。卫星物联网能够确保在受灾地区通信中断的情况下,依然为救援人员和指挥中心搭建起通信桥梁,提高救援效率,拯救更多生命[11]。
2、公共安全
在公共安全领域,卫星物联网为城市安全防护提供了可靠保障。例如,在一些边境地区,通过卫星物联网部署的安防监控设备,即使在遭遇恶劣天气或地面通信设施被破坏的情况下,依然能够实时监测边境动态,及时发现安全隐患,为维护国家安全和社会稳定发挥了重要作用[12]。
在强降雨等极端天气情况下,一些河心洲岛村容易形成与外界隔离的江心孤岛,可能导致区域内居民通信、道路中断,错失抢险救灾的黄金期,配备的卫星物联网终端——天通报警呼叫柱可在“三断”情况下仍然保持10天的正常工作,有效提升了河心洲岛村的应急通信保障能力。
四、容量优势:支撑万物互联的未来
(一)传统物联网的连接瓶颈
随着物联网设备数量的爆发式增长,传统物联网面临着严峻的连接容量挑战。1、连接容量不堪重负
随着物联网设备数量的爆发式增长,传统物联网面临着严峻的连接容量挑战。
在一些大城市的智慧城市项目中,大量的智能路灯、智能垃圾桶、环境监测设备等接入传统物联网网络。以北京为例,据估算,到2025年,预计将有超过1亿个物联网设备接入。
目前的传统物联网网络在面对如此庞大的设备接入量时,已经出现了网络拥塞、数据传输延迟等问题。一些智能交通信号灯由于无法及时接收和处理大量车辆传感器传来的数据,导致信号灯切换不及时,加剧了交通拥堵[13]。
2、带宽与连接数有限
在工业互联网领域,工厂内大量的生产设备、传感器等接入传统物联网。当工厂进行大规模自动化生产时,众多设备同时传输数据,传统物联网网络的带宽和连接数无法满足需求,导致生产数据不能及时上传和分析,影响了生产效率和产品质量[14]。
(二)卫星物联网的海量连接潜力
卫星物联网利用宽频带、多波束星载天线技术实现了大容量连接。
例如,欧洲的OneWeb卫星星座,其卫星配备了先进的多波束天线,能够同时与大量地面终端进行通信。每个卫星可提供数千个波束,每个波束可支持多个用户连接,大大提高了卫星的连接容量。据OneWeb公司预测,其星座全部建成后,将能够为全球提供数亿个物联网设备连接服务[15]。
我国的卫星物联网技术也在不断突破。中国航天科工集团的行云工程,通过采用先进的通信技术和频谱管理技术,实现了卫星物联网的大容量、高效通信。行云工程的卫星能够在有限的频谱资源下,支持更多的物联网设备接入,为我国物联网产业的发展提供了强大的技术支撑[16]。
(三)容量提升推动的产业变革1、智能交通
在智能交通领域,卫星物联网的容量优势为车联网的发展带来了新机遇。大量的车辆可以通过卫星物联网实时接入网络,实现车辆之间、车辆与基础设施之间的高效通信。
例如,未来的自动驾驶汽车,需要实时接收高精度地图、路况信息等大量数据,卫星物联网的大容量连接能够满足这一需求,确保自动驾驶的安全性和可靠性,推动智能交通产业的快速发展[17]。2、智慧城市
在智慧城市建设中,卫星物联网的大容量连接可以支撑更多的城市管理设备接入。
通过卫星物联网,城市中的各类基础设施,如桥梁、隧道、供水供电系统等都可以实现智能化管理。大量的传感器数据能够实时上传并进行分析,为城市管理者提供决策依据,优化城市资源配置,提升城市治理水平[18]。
五、总结
卫星物联网凭借其在覆盖、抗灾和容量方面的显著优势,正在对传统物联网进行深刻的革新。
在全球数字化进程加速的背景下,卫星物联网为实现真正意义上的全球万物互联提供了可能。
然而,卫星物联网的发展也面临着一些挑战,如高昂的建设成本、复杂的技术难题以及频谱资源的竞争等。
未来,随着技术的不断进步和产业生态的逐渐完善,卫星物联网有望与传统物联网相互融合、优势互补,共同构建更加庞大、高效、可靠的物联网体系,为全球经济社会的发展注入新的动力。
参考文献
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