什么是卫星物联网? 它是如何运作的, 优点和应用

当物联网设备位于城市内时，覆盖范围很少成为问题. 将相同的设备移至渔船上, 远程管道, 一个孤立的农场, 或远离移动塔的设备, 连接可能成为项目中最困难的部分.

这就是卫星物联网发挥作用的地方.

当地面网络无法提供可靠的覆盖范围时，卫星连接为物联网设备提供了另一种发送数据的方式. 在某些系统中, 该设备直接与卫星对话. 在其他方面, 卫星用作本地网关的回程. 第三种方法结合了蜂窝和卫星，因此资产可以随着位置的变化在它们之间切换.

这并不意味着每个远程物联网项目都应该使用卫星. 留言大小, 报告频率, 电池寿命, 天线放置, 服务成本, 和覆盖范围都会影响最终的选择.

了解这些权衡是充分利用卫星物联网的关键.

什么是卫星物联网?

卫星物联网是指利用卫星通信进行现场设备与业务应用之间部分或全部连接的物联网系统.

基本目的很简单. 它将互联传感和资产可见性扩展到蜂窝塔服务范围之外, Wi-Fi, 有线网络, 或其他地面基础设施.

连接卫星的设备可能会报告:

• GPS 定位
• 水箱或水位
• 温度和湿度
• 压力
• 设备状态
• 土壤或环境条件
• 报警事件

大多数卫星物联网应用程序不需要移动大文件. 他们往往依赖于短期, 按计划的时间间隔发送有用的消息.

这是一个原因 卫星连接 非常适合远程监控. 业务可能不需要持续的数据流. 它可能只需要知道资产仍在运行, 它在哪里, 或者某个值是否超过了限制.

卫星物联网与传统物联网的区别

卫星和地面物联网不应被视为同一问题的相互竞争的答案.

蜂窝物联网 当资产处于可靠的移动覆盖范围内时，通常是实用的选择. 当这些资产在海上运行时，卫星变得更具吸引力, 跨越偏远的土地, 或通过蜂窝服务不一致的区域. 下面的比较反映了项目简介中的主要部署因素.

重要的一点是，更广泛的覆盖范围伴随着设计权衡. 卫星链路可以解决覆盖问题，同时产生新的电力问题, 天线位置, 传输时间, 和数据成本.

卫星物联网连接如何工作?

典型的卫星物联网数据路径如下所示:

传感器→通信模块→天线→卫星网络→地面基础设施→云平台→应用

详细信息因系统而异.

远程液位传感器, 例如, 可能会在预定的时间醒来, 收集读物, 并准备一条小信息. 它的通信模块通过卫星网络发送该消息. 然后数据到达云服务, 它可以出现在仪表板中或触发警报.

如果设备无法立即发送消息, 设计良好的系统可以存储它并稍后重试.

这很重要，因为卫星通信不仅仅取决于设备位置. 天线方向, 周围建筑物, 地形, 卫星可用性, 和网络设计都会影响链路.

添加卫星连接的三种方法

卫星可以进入 物联网架构 在不止一处.

直接连接卫星

该设备本身包括与卫星网络通信所需的无线电和天线.

当个人资产分布在大型偏远地区并且不能依赖附近的基础设施时，这种方法很有吸引力.

卫星回程

本地传感器首先连接到附近的网关. 然后网关通过卫星链路发送数据.

对于具有许多本地传感器的远程站点来说，这可能是一种实用的架构, 例如能源装置, 农业用地, 或隔离设施.

混合蜂窝和卫星

该设备在可用时使用蜂窝连接，在地面覆盖丢失时使用卫星连接.

GSMA 指南将混合蜂窝和非地面连接视为将物联网服务扩展到地面网络边界之外的重要模型.

这种方法对于车辆特别有意义, 容器, 以及大部分时间处于蜂窝覆盖范围内但有时会进入盲点的移动设备.

卫星物联网背后的关键技术

卫星物联网不依赖于一种无线标准. 多种技术可以支持不同类型的连接设备.

直接连接卫星 LoRaWAN

洛拉万 专为需要低功耗长距离通信的物联网应用而设计. 它通常与小型传感器消息而不是高带宽流量相关.

卫星网络可以通过在卫星上放置 LoRaWAN 网关功能来扩展此模型. LoRa 联盟指出，LEO 卫星网关可以在长视距内与合适的 LoRaWAN 传感器进行通信.

适用于环境传感或远程农业等应用, 该模型可能很有吸引力，因为其价值通常来自小测量而不是大数据流.

NTN 上的 NB-IoT

NB-IoT 也正在超越地面网络.

3GPP 发布 17 引入了对非地面网络上的 NB-IoT 和 eMTC 的标准化支持. 这项工作有助于将卫星通信带入更广泛的蜂窝物联网生态系统.

对于解决方案设计师, 基于标准的 NTN 可以更容易地将蜂窝和卫星视为一个连接策略的一部分，而不是两个完全独立的系统.

模块和天线仍然很重要

具有卫星功能的模块并不能保证成功部署.

硬件设计还必须考虑天线的放置, 电源, 外壳材料, 安装角度, 消息调度, 重试, 和本地数据存储.

这对于电池供电的产品尤其重要. 无线电传输通常是传感器中耗能较高的操作之一, 因此报告策略可以对营业寿命产生直接影响.

卫星物联网在哪里提供最大价值?

最强大的应用程序往往共享一个功能: 资产很重要, 但不能假设地面覆盖.

正确的连接策略主要取决于覆盖范围, 报告频率, 数据量, 以及资产如何在网络环境之间移动.

海事和船舶监控

一旦船只离开海岸, 地面移动覆盖变得不太可靠.

卫星物联网可以支持船舶定位, 设备状态, 环境传感, 和选定的操作消息，无需依赖附近的手机信号塔.

农业和环境监测

领域, 森林, 河流, 水库, 气象站可能远离通信基础设施.

连接卫星的传感器可以收集选定的现场数据，而无需在整个区域建立地面网络.

能源和公用事业

管道, 井, 变电站, 可再生能源资产, 公用事业基础设施通常分布在大片地区.

在这些应用中, 一条小的状态消息可能足以表明资产正在正常运行或需要进行现场检查.

物流和资产跟踪

集装箱, 车辆, 拖车, 工业设备很少保留在同一个网络环境中.

资产可能从城市转移到乡村道路, 然后前往港口或近海航线. 混合连接有助于减少这些位置之间的可见性差距.

卫星物联网的主要好处是什么?

第一个好处是显而易见的: 覆盖范围超出地面网络.

更有用的商业利益随之而来.

卫星物联网可以让运营团队更好地了解远程资产. 可以减少对人工检查的依赖. 它可以帮助及早发现异常情况. 当蜂窝覆盖范围消失时，它还可以保持选定的数据移动.

卫星还可以支持混合系统中的第二条通信路径. GSMA 将 NTN 描述为地面移动基础设施的补充, 特别是对于偏远和服务欠缺的地区.

那句话, 补充, 很重要.

对于许多物联网部署, 目标不是取代蜂窝. 就是消除单靠蜂窝无法覆盖的盲点.

卫星物联网与蜂窝物联网: 你应该选择哪一个?

良好的连接决策从资产开始, 不是网络标志.

该大纲提供了基于覆盖范围的有用决策模式, 报告需求, 和资产流动.

在致力于卫星连接之前, 回答六个问题:

1. 设备实际在哪里运行? 检查实际部署区域的服务覆盖范围.

2. 必须发送多少数据? 位置更新和图像有非常不同的要求.

3. 必须多久报告一次? 每隔几分钟报告一次可以改变电力使用和服务成本.

4. 设备将如何供电? 电池供电的资产需要现实的能源预算.

5. 天线将安装在哪里? 外壳, 金属, 建筑物, 地形, 天空能见度会影响性能.

6. 传输失败时会发生什么? 决定设备是否应重试, 存储消息, 或等待下一个报告窗口.

这些问题通常不仅仅揭示覆盖范围图.

结论

卫星连接改变了物联网可以运行的地方, 但这并不能消除仔细系统设计的需要.

远程传感器仍然需要正确的报告间隔. 天线还需要合适的安装位置. 设备仍需要足够的电量. 应用程序仍然需要针对延迟或丢失消息制定计划.

这就是为什么当项目从一个简单的问题开始时卫星物联网效果最好:

当地面连接不可用时，该资产必须发送哪些信息?

如果答案很小, 有价值的运营数据, 卫星可能非常适合.

如果资产已经拥有可靠的蜂窝服务并发送频繁或带宽繁重的数据, 地面连接可能仍然是更好的选择.

当资产在两个世界之间移动时, 混合方法通常可以提供最实际的平衡.

卫星物联网并不是将每个连接的设备都放在卫星网络上. 这是为了在普通网络无法到达时保持正确的资产可见.