天基物聯(lián)網(wǎng)在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

熊福焰，梅國濤

（青島上合航天科技有限公司，山東 青島 266000）

1 研究背景

萬物互聯(lián)，從汽車互聯(lián)開始。電動汽車、自動駕駛，以及持續(xù)增長的個性化車內(nèi)體驗需求，是汽車行業(yè)變化的三大趨勢。而互聯(lián)性，即將汽車與網(wǎng)絡(luò)、云端、其他車輛、行人、基礎(chǔ)設(shè)施和移動服務(wù)相連接的能力，將真正定義未來汽車。借助新一代信息通信技術(shù)，提升車輛整體的智能化水平，為用戶提供安全、舒適、智能化、個性化駕駛服務(wù)，同時對道路交通整體運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，提升交通控制的智能化水平，改善道路擁堵，提升道路通行效率，改變?nèi)祟惖某鲂蟹绞絒1]。

互聯(lián)車輛可以理解為一臺超級智能移動終端，通過集成幾十甚至上百個傳感器和攝像頭，利用信息化網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并與外界（車輛、道路、基礎(chǔ)設(shè)施、交通控制中心、增值服務(wù)中心等）實(shí)時交互信息。信息的實(shí)時交互必須依賴于信息網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、帶寬以及時延等網(wǎng)絡(luò)特性，其中最重要的特性是需要全球無縫覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，以便保證車輛在全球任何地方行駛或停放均能夠處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)——永久在線，這樣才能保證互聯(lián)車輛與外界的信息交互可靠性、及時性以及可達(dá)性。車聯(lián)網(wǎng)可以理解為未來物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、“互聯(lián)網(wǎng)+”的一個重要應(yīng)用方向，同時也是5G及未來6G通信網(wǎng)絡(luò)的最重要應(yīng)用之一[2]。

圖1 天基物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方向

衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)作為地面物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的補(bǔ)充和延伸[3]，能夠有效克服地面物聯(lián)網(wǎng)的不足，并具有下列優(yōu)勢。一是覆蓋地域廣，可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，傳感器的布設(shè)幾乎不受空間限制；二是幾乎不受天氣、地理條件影響，可全天時全天候工作；三是系統(tǒng)抗毀性強(qiáng)，在自然災(zāi)害、突發(fā)事件等緊急情況下依舊能夠正常工作；四是易于向大范圍運(yùn)動目標(biāo)（車輛、飛機(jī)、艦船等）提供無間斷的網(wǎng)絡(luò)連接等。此外，隨著全球商業(yè)航天的發(fā)展，小衛(wèi)星、衛(wèi)星制造與發(fā)射成本逐步降低，且以車輛狀態(tài)監(jiān)測、遇險呼救為典型的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對衛(wèi)星鏈路帶寬以及實(shí)時性要求不高，進(jìn)一步降低了衛(wèi)星發(fā)射、星座組網(wǎng)以及運(yùn)營成本。當(dāng)前除傳統(tǒng)衛(wèi)星運(yùn)營商開始在高低軌網(wǎng)絡(luò)開展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)以外，非常多的初創(chuàng)類企業(yè)開始進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)領(lǐng)域。未來用于車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的天基網(wǎng)絡(luò)資源將非常豐富，成本會進(jìn)一步降低，基于天基物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)應(yīng)用與市場前景充滿潛力。

2 天基車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 SpaceX星鏈網(wǎng)絡(luò)

馬斯克的SpaceX公司于2015發(fā)布Starlink衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)計劃，分三期建設(shè)，合計部署11 927顆衛(wèi)星，目前已部署超過2 000顆，并向部分區(qū)域用戶提供試商用服務(wù)[4]。未來Starlink將為特斯拉的衛(wèi)星車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供面向車載用戶的高速移動互聯(lián)網(wǎng)接入與動態(tài)組網(wǎng)服務(wù)。目前面向車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的天基網(wǎng)絡(luò)主要提供位置、導(dǎo)航、高精度時鐘等單向管控服務(wù)。而基于雙向網(wǎng)絡(luò)的交互應(yīng)用還沒有大規(guī)模應(yīng)用在車聯(lián)網(wǎng)中，主要是GEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)時延長以及終端的體積大等原因。未來隨著Starlink網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及終端小型化進(jìn)程，將極大促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進(jìn)入一個新時代——全球車聯(lián)網(wǎng)?；赟tarlink網(wǎng)絡(luò)，相比較4G車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，車主在任何地方均可體驗網(wǎng)絡(luò)接入以及在線增值信息服務(wù)的車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。從運(yùn)營角度，特斯拉公司可實(shí)時監(jiān)測全球車輛的運(yùn)行狀態(tài)以及收集車輛行駛數(shù)據(jù)，向客戶提供無處不在、永久在線的安全駕駛、智能駕駛等出行服務(wù)。

2.2 車聯(lián)網(wǎng)平臺TMC

TMC（Transportation Mobility Cloud，TMC）是福特子公司Autonomic的車聯(lián)云平臺，也是全球最前沿的服務(wù)于車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的交通出行解決方案之一，為包括汽車廠商和軟件開發(fā)者在內(nèi)的多方用戶提供軟件開發(fā)服務(wù)和解決方案，幫助提升消費(fèi)者的車載互聯(lián)和出行體驗。整個平臺將出行生態(tài)鏈各方連接在一起，包括車輛、公共交通、行人、城市設(shè)施以及服務(wù)提供方，致力于為人們出行體驗帶來革命性的改變。該公司2019年與衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)公司SWARM合作，基于SWARM公司建設(shè)了150顆全球低軌物聯(lián)星座，探討將TMC服務(wù)無限延伸至全球任何角落。這種服務(wù)能力的擴(kuò)展極大地提升了TMC平臺的價值，讓TMC平臺的關(guān)鍵時刻遠(yuǎn)程信息和緊急救援服務(wù)不再受空間限制。TMC平臺具備實(shí)現(xiàn)基于一個全球化網(wǎng)絡(luò)提供無處不在、永久在線的連接服務(wù)的基本條件，無論車輛處于地球任何位置。相比較基于地面網(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，TMC平臺具備為用戶提供更可靠、更安全的服務(wù)體驗。

2.3 吉利云平臺

吉利集團(tuán)于2018年開始布局天基衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，為了打造三維立體的未來出行服務(wù)體驗，已規(guī)劃建設(shè)全球高精定位、低軌物聯(lián)雙星座網(wǎng)絡(luò)以及AI云平臺。該平臺是一個開放的車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺，利用多維度的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，可提供吉利及全球客戶車輛高精度定位、車輛監(jiān)測、遇險救援、車隊管理、代駕和共乘管理等數(shù)據(jù)服務(wù)，提高城市交通管理的效率以及出行安全性體驗。未來將能夠通過使用全面連接的基礎(chǔ)設(shè)施和車輛來監(jiān)控周圍環(huán)境，從而幫助AI決策用以支持安全和高度自動的駕駛。

全球車企紛紛加碼布局基于天基網(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，意味著衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺架構(gòu)中扮演著極其重要的位置。因車輛具備大范圍移動、跨區(qū)域行駛的特性，經(jīng)常會處于地面網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的區(qū)域，故連續(xù)性、高可靠性的車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)必須依賴于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同。除了車企重點(diǎn)布局車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)公司、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商以及遠(yuǎn)程信息服務(wù)提供商也紛紛加碼車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

3 天基物聯(lián)網(wǎng)在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

天基物聯(lián)網(wǎng)屬于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的一種類型，面向物聯(lián)網(wǎng)場景，提供低速、窄帶以及非實(shí)時的通信服務(wù)。目前市場上具備提供全球天基物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的系統(tǒng)主要有Orbcomm OG2、北斗全球RDSS、Inmarsat IDP、Iridium SBD，以及正在建設(shè)中的物聯(lián)網(wǎng)星座SWARM等。表1是對不同天基資源從覆蓋范圍、時延、速率等方面的比較分析，低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)因其具有全球覆蓋、終端尺寸小、功耗低等特性具有較大的應(yīng)用前景。

表1 全球天基物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)對比

基于天基物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特性，結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景需求及特點(diǎn)，天基物聯(lián)網(wǎng)在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用主要存在以下4個方向。

（1）車隊管理。對企業(yè)管理者來說，如何提高車隊運(yùn)營效率，降低成本，實(shí)現(xiàn)可視化管理是車隊管理的核心?；谔旎锫?lián)網(wǎng)車隊管理系統(tǒng)，可幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)對車輛全程位置跟蹤、駕駛行為/車輛狀態(tài)等數(shù)據(jù)監(jiān)測以及可視化調(diào)度。相比較地面網(wǎng)絡(luò)的車隊管理系統(tǒng)，當(dāng)車輛處于地面網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)或者信號中斷時，車輛依舊保持在線，車輛數(shù)據(jù)實(shí)時上傳。以上特征對車隊管理，尤其是一些專用車輛極其重要，比如，物流車、重型機(jī)械、運(yùn)輸?；奋囕v、拉力賽車等。通過不間斷的、連續(xù)的跟蹤、監(jiān)測功能，有效地提升了車輛的安全性以及運(yùn)營效率，進(jìn)一步降低企業(yè)運(yùn)營成本。

（2）遇險求救。當(dāng)車輛發(fā)生重大突發(fā)事件時，支持第一時間自動或手動上報事件至救援中心，發(fā)出SOS信號，將為生命救援贏得寶貴時間。當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生在山區(qū)、沙漠等公路區(qū)域時，車輛可能處于地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)，此時基于4G/5G網(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將無法成功發(fā)出SOS信號，將可能浪費(fèi)生命救援的黃金時間。采用基于天基物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)全球覆蓋的特性，有效提高了在緊急狀況下發(fā)出求救信號的可靠性，為行車安全提供了最佳的技術(shù)保障。

（3）全生命周期管理。對于汽車制造商而言，對已售車輛實(shí)現(xiàn)全生命周期的管理，包括維修/保養(yǎng)記錄、油耗、故障、輔助系統(tǒng)狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。一方面有效提升用戶服務(wù)體驗，車輛狀態(tài)可全程追溯；另一方面收集的數(shù)據(jù)支撐設(shè)計后期的車型改良的方向。當(dāng)前車企對車輛核心數(shù)據(jù)的收集主要來源于品牌4S店和遠(yuǎn)程服務(wù)提供商，但由于車主可能不在品牌4S店維護(hù)，或者蜂窩網(wǎng)絡(luò)到期后不續(xù)費(fèi)等原因，導(dǎo)致部分車輛的數(shù)據(jù)無法及時獲取。同時車輛可能存在在不同國家之間跨國使用的情況，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)可能存在網(wǎng)絡(luò)制式不兼容等問題。那么基于一個覆蓋全球的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)——天基物聯(lián)網(wǎng)可以滿足車輛全生命周期數(shù)據(jù)的采集和管理的要求。數(shù)據(jù)的上傳通信費(fèi)用無須車主承擔(dān)，由對應(yīng)的車企承擔(dān)車輛全生命周期的衛(wèi)星通道費(fèi)用。若新車主需要車輛歷史數(shù)據(jù)，包括油耗、維修保養(yǎng)記錄等，車企可有償提供此類服務(wù)。

（4）遠(yuǎn)程信息服務(wù)?；谔旎锫?lián)網(wǎng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)，可向車輛提供基于位置的各種增值服務(wù)，包括行程氣象預(yù)報、車輛狀態(tài)、加油/充電服務(wù)以及景點(diǎn)等出行信息服務(wù)。

4 結(jié)束語

建設(shè)天基物聯(lián)網(wǎng)是解決目前地面物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍有限這個短板的有效途徑。低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是一個綜合型的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，作為地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)結(jié)合，形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具備無縫的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)能力。在車聯(lián)網(wǎng)、應(yīng)急救援、交通物流、遠(yuǎn)洋航行等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。據(jù)預(yù)測，全球車聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將從2016年的226億美元增加到2025年的996億美元，年復(fù)合增速為17.9%。車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中最具產(chǎn)業(yè)潛力、市場需求最明確的細(xì)分行業(yè)，近年各國政府和企業(yè)積極推動技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，推動車聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化落地。隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施的大范圍建設(shè)，將進(jìn)一步促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)未來立體出行的愿望。