01.背景介绍
30多年前,卫星定位技术开始应用于资产追踪应用。在地面基础设施的支持下,卫星将定位范围从局部区域扩大到全国,进而扩大到全球。
卫星定位技术的发展方兴未艾,数字通信也迅速崛起,物联网(IoT)渗透到各行各业之中,为交通、工厂、个人设备、家庭、楼宇等行业领域提供稳定可靠的通信与互联。在这些年间,为实现万物互联化,业界不断推动建立地面网络。
随着卫星定位与物联网技术的发展,许多终端设备开始配备具有精准定位能力的追踪器,并不断缩小其尺寸,从而应用到汽车业、农业、物流业等多种行业。但这些追踪器往往只能在有通信基础设施的区域中工作。
对于缺少基础设施的区域,设备需要借助微纳卫星网络进行远程通信,微纳卫星网络由成本低廉的小型卫星组成,能够与资产追踪器配合工作,执行各种远程操作,例如监测和维护海事、农业和畜牧业的资产等。
这种被称为卫星物联网的技术正日渐普及,有助于企业安全、可靠地与偏远地点的资产进行物联网卫星通信。
02.功耗困境
对于依靠卫星物联网通信的资产追踪设备,一大主要难题就是功耗,这主要取决于设备的设计,及其更新定位的频率要求。
经过一段时间的经验积累,物联网项目设计人员已在设计中采纳了必要的考虑因素,从而尽可能降低功耗。因此,即便资产追踪等物联网应用受到了各种限制,其需要的功率也远低于15年前。
为了实现超低水平的功耗,企业在设计设备时充分考量了各种策略。尽管如此,在一些无法使用电源或无法定期更换电池的偏远地区,仅凭设计考虑因素可能还不足以满足需求。
比如资产追踪设备,这类设备只需要定时更新自己的位置,而“智能计量”应用也只需要定期进行测量。人们普遍认为,这种情况下的功耗并不高,因为设备并未采用持续“追踪模式”。但与连接到地面基础设施的模块相比,直接从卫星接收信息的GNSS接收机模块的功耗要高得多。
智能仪表开启后,根据卫星信号强度的不同,仪表可能需要几十秒乃至几分钟的时间来计算定位。如此短暂的时间却会消耗掉大量的电池电量,对于部署在偏远位置的资产而言,这会造成极大的不便。
这种功耗问题是否有解决之道?为了回答这个问题,我们首先要观察通过卫星物联网通信实现的资产追踪,了解其中不可或缺的组成部分。
03.建立卫星物联网通信追踪的必要组成部分
为了建立卫星物联网通信追踪,您大致需要具备三个主要组成部分。
首先是近地轨道(LEO)卫星。近地轨道卫星在近地轨道中运行,距离地面200至2000千米之间。为了确保获得足够的通信覆盖范围和容量,近地轨道卫星与其他卫星协同工作,形成一个星座。
第二个组成部分是GNSS接收机,该模块从卫星星座中获取定位信息。
最后,基于卫星物联网通信的追踪器通过云定位服务实现低功耗、合理精度的定位服务。
我们先来讲最重要的方面,关注GNSS接收机,以及促进卫星物联网通信追踪的云定位服务。当今的GNSS接收机必须具备特定的性能以能胜任这一任务,分别是尺寸小、功耗低和适应小型天线的能力。
“u-bloxMAX-M10是一款能满足所有这些要求的GNSS接收机,MAX-M10尺寸仅有100mm2,可以轻松集成至空间受限的终端设备中;MAX-M10功耗低,即便尺寸极小,GNSS定位性能也丝毫不受影响。”
最后,凭借适应小型天线的能力,这款GNSS接收机能与追踪器设备内的其他元器件在同一频率下工作,仅需一个天线,有助于缩减追踪器终端尺寸。
那么云定位服务又如何?u-blox CloudLocate服务是一款全面的解决方案,兼容包括卫星物联网在内的多种通信技术。
CloudLocate实现云端定位
在受限的物联网应用中,这对延长续航时间至关重要。
CloudLocate服务十分便于便利
第一个主要原因在于该服务的数据计算由云端分载,GNSS接收机本身并不需要计算位置。接收机对GNSS信号进行预处理,数据以12至50字节大小的数据包形式传送到云端,然后在云端计算位置。因此这里仅需用到上行链路通信,而不需要下行链路,因为CloudLocate会将位置信息传递到使用这些信息的企业云。
CloudLocate专为每天仅需更新几次的应用场景而设计
如果设备需要合理的精度,但不需要在连续“追踪模式”下工作,比如远程追踪器,这种服务就是非常理想的选择。
有些资产是不断移动的,比如卡车,需要定期更新其追踪数据,但其他资产可能是静态的,比如牲畜,仅需在特定情况下追踪其位置。
相较于独立GNSS定位,CloudLocate耗电量仅为其10%,GNSS接收机不会执行耗电的定位计算,种方法只会“激活”几秒钟来预处理GNSS信号,然后就会“关闭”,因此可节省高达90%的电量。
下面我们再将注意力转到卫星物联网通信。至此为止,我们已经简要描述了建立卫星物联网通信追踪所需的一些元素。在现实环境中,这种机制还要略微复杂一些,因为其中还需要一个卫星通信模块来提供通信的基本功能。
理想情况下,该卫星通信模块应确保双向通信,支持远程更改追踪器配置,例如数据捕获频率,支持在L-band信道上传输数据,以减少卫星转播的次数。
此外,端到端加密可保证数据传输安全无虞,L-band数据传输则有助于提高传输效率。该模块工作温度应在-20℃至70℃,电池电压应该较低,比如3.3V,峰值电流约为80mA。Astronode S卫星通信模块满足以上所有功能特点。
04.Astrocast与u-blox携手共进
由Astrocast开发的物联网资产追踪器的工作原理相对简单。
首先,u-blox超低功耗GNSS接收机MAX-M10收集数据。
随后,Astronode S模块将这些数据传输到Astrocast卫星星座,进而传输到其云平台,该平台处理RAW GNSS数据,并通过API(应用程序编程接口)将其发送到u-blox CloudLocate,最后将这些数据转换为有意义的定位信息。
此过程显著降低了功耗,相较于冷启动后30秒的传统独立GNSS定位,节能多达90%。凭借这种大幅度节能机制,即使内置小尺寸电池的追踪器仍可工作数月。
u-blox(M10+Cloud Locate)与Astrocast的合作极大地提高了电池效率,使得以电池供电的物联网设备得以将GNSS技术与低带宽、远距离卫星通信相结合。
05.相互兼容
AstronodeS与M10(L1)在相同的频率范围中工作,因此使用一个天线就能与Astrocast卫星通信并接收GNSS卫星信号,但兼容性不止于此,u-blox和Astrocast都公开了API,支持数据访问,支持将其顺畅集成到云端服务之中,易于使用。
06.结论
由于地理范围因素,卫星物联网通信市场表现出强劲增长的势头。根据物联网分析的数据,到2026年,该市场的规模将达到2017年的一倍以上,约为10亿美元。这一趋势表明,随着卫星物联网公司认识到其全球覆盖的潜力,该解决方案正在快速崛起,尤其是在仅有断续通信能力或没有通信能力的偏远区域。
在u-blox支持下,Astrocast开发出了一款尺寸小巧、安全可靠的高能效资产追踪器。GNSS接收机MAX-M10和CloudLocate专为Astrocast这样的创新解决方案而打造,符合所有相关要求,必将对这类新市场趋势产生深远影响。
审核编辑:汤梓红
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原文标题:u-blox助力Astrocast实现卫星物联网通信追踪
文章出处:【微信号:ublox_China,微信公众号:ublox】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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