臨近年末，又有研究機構對衛星物聯網市場的未來發展給出積極預測——根據 Counterpoint 最新發布的《2023 年衛星物聯網生態系統和市場概況報告》，全球衛星物聯網連接數預計將從 2020 年的 360 萬個增長到 2030 年的 4100 萬個，復合年增長率為 28%。
在此之前，Berg Insight 發布的衛星物聯網研究報告顯示，全球衛星物聯網用戶數在 2023 年超過 510 萬，預計到 2028 年將飆升至 2670 萬，復合年增長率 (CAGR) 為 39.2%。
是什么推動了衛星物聯網的高速增長？ Counterpoint 認為背后的原因關鍵在于標準化的進展，同時，該機構還認為精準農業、油氣運輸、聯網汽車等是極具潛力的衛星物聯網應用。
標準化推動衛星物聯網產業關鍵一躍
盡管衛(wei)星物(wu)聯(lian)網(wang)自 1990 年(nian)代以來就已存在，但由于專有系統(tong)、專有協(xie)議(yi)以及居高不下的硬(ying)件成本等原(yuan)因，使得其應用仍(reng)然受到限(xian)制。然而，隨著標準化的進步，這種情況正(zheng)在發生變化。
為(wei)什(shen)么標(biao)準化對(dui)衛星物聯網產業(ye)發展如此重(zhong)要？筆者(zhe)總結了如下幾個原因(yin)：
首先，標準化能夠增強互操作性和兼容性。衛星物(wu)聯網系統通常由(you)多個不(bu)同(tong)的設備(bei)(bei)和服務提供商組(zu)成(cheng)，這些(xie)設備(bei)(bei)包括衛星終端、地面設施、傳感器等，而(er)不(bu)同(tong)設備(bei)(bei)之間的協同(tong)工作(zuo)依賴(lai)于高效的通信(xin)標準(zhun)。
傳統(tong)衛星通(tong)信體制(zhi)(zhi)如 DVB 和 GMR 已演進多(duo)年，是衛星通(tong)信產業的主流標準(zhun)(zhun)。Starlink 采(cai)用寬帶星常(chang)用的 DVB 制(zhi)(zhi)式，Inmarsat-P/ICO 五代(dai)星采(cai)用基(ji)于(yu) DVB-S2 的技(ji)(ji)術體制(zhi)(zhi)，銥星 Iridium，海事衛星 Inmarsat、中國(guo)“天通(tong)一號(hao)”等(deng)，分別采(cai)用 GMR-1、GMR-2 和類(lei) GMR 技(ji)(ji)術體制(zhi)(zhi)，提供窄帶或低數(shu)據(ju)衛星通(tong)信服務，此外還有(you)(you)諸多(duo)衛星不(bu)(bu)對外披露(lu)技(ji)(ji)術體制(zhi)(zhi)…..可見衛星通(tong)信體制(zhi)(zhi)往往具有(you)(you)一定(ding)程度的定(ding)制(zhi)(zhi)化，缺乏統(tong)一標準(zhun)(zhun)。但(dan)站在整個產業發展(zhan)的角度，只有(you)(you)通(tong)過統(tong)一的通(tong)信協(xie)議和數(shu)據(ju)格式標準(zhun)(zhun)，才能(neng)確保不(bu)(bu)同品牌和類(lei)型的設備(bei)能(neng)夠無縫連接(jie)與協(xie)同工作。
第二，標準化能夠加速技術創新與產業協同。標準的確定和普及為各類(lei)參與者（如衛星制造商(shang)、通信公司、應用(yong)開發商(shang)）提(ti)供了共同的研(yan)發基(ji)礎，這有助于(yu)資源共享與合作，典(dian)型的比如 3GPP 陣(zhen)營(ying)，筆者整理其(qi)標準演進如下(xia)：
R14 階段 | 3GPP 明確(que)提(ti)出要(yao)將衛(wei)星通信(xin)融合到地(di)面通信(xin)網絡中。 |
R15 階段 | 3GPP 開始對(dui)(dui) NTN (non-terrestrial network，非地面網(wang)絡) 進行立項研究(jiu)，形成包(bao)含(han)衛星接入網(wang)協(xie)議、架(jia)構評估、信道模型、應(ying)用場景以及對(dui)(dui)當(dang)前(qian) NR 協(xie)議影(ying)響等(deng)內容(rong)的技術研究(jiu)報(bao)告(gao)。 |
R16 階段 | 3GPP 進(jin)一步在隨機接入(ru)(ru)、上下行(xing)時頻同步、調度、移動性、接口(kou)及架構等方面對 NTN 進(jin)行(xing)了深入(ru)(ru)的分析研究(jiu)。 |
R17 階段 | 3GPP 在該階(jie)段全面開展了(le)(le) NTN 標準研究(jiu)，針對 NTN 網(wang)(wang)絡涉及的(de)無線接入網(wang)(wang)、承載網(wang)(wang)、核心(xin)網(wang)(wang)、終端(duan)等方面開展技術標準制定(ding)工作，NTN 項目被(bei)分(fen)成(cheng)了(le)(le) IoT NTN（基(ji)于非地面網(wang)(wang)絡的(de)物聯終端(duan)接入）和 NR NTN（基(ji)于非地面網(wang)(wang)絡的(de) 5G 智(zhi)能(neng)終端(duan)接入）兩個標準項目。 |
R18 階段 | 3GPP 聚焦(jiao)透(tou)明(ming)轉發模式(shi)，對(dui)(dui) NR NTN 以及(ji) IoT NTN 體制進(jin)行進(jin)一步(bu)增強(qiang)。針對(dui)(dui)NR NTN的增強(qiang)功能，以進(jin)一步(bu)完善 5G 衛(wei)星組網能力為(wei)目(mu)標，主要包括支(zhi)持 10GHz 以上頻段部署(shu)、覆蓋增強(qiang)、移(yi)動(dong)(dong)性(xing)和(he)服務(wu)連(lian)續(xu)性(xing)增強(qiang)以及(ji)星上本地(di)數據交換技術(shu)；針對(dui)(dui) IoT NTN 的增強(qiang)功能沿(yan)用了 R17 NR NTN 中引入的移(yi)動(dong)(dong)性(xing)增強(qiang)技術(shu)，通過禁(jin)用混(hun)合(he)自動(dong)(dong)重傳請求(qiu)反饋進(jin)行業務(wu)體驗增強(qiang)。 |
隨(sui)著(zhu) NR-NTN 標準(zhun)將(jiang)于 2027 年通過(guo) R18 和 R19 實(shi)現商業化，預計將(jiang)推動需要(yao)高速和實(shi)時(shi)數據的(de)各種(zhong)應用的(de)普及。
第三，標準化能夠降低制造、運營和維護成本。一(yi)(yi)方(fang)(fang)面，標準化(hua)能夠減(jian)少不(bu)同衛星物(wu)聯(lian)(lian)網產品和(he)服務(wu)間的(de)兼容(rong)性(xing)問(wen)題，從而降(jiang)低測試和(he)維(wei)護成本；另一(yi)(yi)方(fang)(fang)面，衛星物(wu)聯(lian)(lian)網的(de)標準化(hua)促進了規模化(hua)生(sheng)(sheng)產，生(sheng)(sheng)產商可以通過采用(yong)標準組件和(he)技(ji)術來降(jiang)低制造成本。例如，對于(yu) 3GPP 陣營的(de)衛星物(wu)聯(lian)(lian)網廠商來說，其可有效利用(yong)蜂窩通信產業鏈(lian)與用(yong)戶(hu)群，攤(tan)薄天地一(yi)(yi)體化(hua)網絡建設、維(wei)護、推廣的(de)成本。
最后，標準化也為衛星物聯網發展提供了法規框架，使得不同國家和地區的監管機構能夠在相對統一的標準下制定政策。例如，國際電信聯盟（ITU）和其他國際機構為衛星通信和物聯網應用制定(ding)了(le)技術和頻譜(pu)(pu)使用的相關(guan)標(biao)準(zhun)。通過(guo)這些(xie)標(biao)準(zhun)，各國可以(yi)實現頻譜(pu)(pu)資源的全球協調，避免頻譜(pu)(pu)干(gan)擾，提(ti)高全球衛星物聯網的覆蓋率和安全性。
哪些衛星物聯網垂直應用最值得期待？
智慧農業
Counterpoint 預測，衛星物聯網在農業領域將經歷快速增長，在精準農業計劃的推動下，2023-2030 年的復合年增長率將超過 52%。
無獨有偶，ABI Research 此前發布的報告也估計，農業將成為衛星物聯網的最大市場，到 2029 年，農業領域將誕生超過 140 萬個衛星物聯網連接。
我們知道，現代(dai)不少農林牧漁場景(jing)都是規模化運(yun)作，面(mian)臨(lin)著大面(mian)積(ji)、遠距離等問題，同時農業場景(jing)對(dui)環境的要求也(ye)很高，需要實時對(dui)溫濕度(du)、土壤成(cheng)(cheng)分等進行嚴格監測，但人(ren)力所能采(cai)集到的數據不僅在準確性上(shang)有待考究(jiu)，效率低、成(cheng)(cheng)本(ben)高，所以(yi)衛星(xing)物聯網(wang)成(cheng)(cheng)為了解決這個矛盾(dun)的新思(si)路。
今年 10 月，我國農業農村部印發《農業農村部關于大力發展智慧農業的(de)指導意(yi)見》、《全國智(zhi)慧(hui)農業(ye)(ye)行動計劃（2024—2028年）》，提出要全方位提升智(zhi)慧(hui)農業(ye)(ye)應用水平，包括推進主要作物種(zhong)(zhong)植(zhi)精準化、設施(shi)種(zhong)(zhong)植(zhi)數(shu)字(zi)化、畜牧養殖智(zhi)慧(hui)化、漁(yu)業(ye)(ye)生產(chan)智(zhi)能(neng)化、育制種(zhong)(zhong)智(zhi)能(neng)化、農業(ye)(ye)全產(chan)業(ye)(ye)鏈數(shu)字(zi)化和農業(ye)(ye)農村管理服務數(shu)字(zi)化等 7 項重(zhong)點(dian)任務——這些頂層政(zheng)策為未來(lai)智(zhi)慧(hui)農業(ye)(ye)的(de)發展(zhan)提供了助力，也(ye)讓衛星(xing)物聯(lian)網有(you)了大展(zhan)身手的(de)空間。
具(ju)體(ti)應(ying)用方面，2024 年(nian) 1 月(yue)，青島聯通通過打造 5G 立體(ti)海洋牧場(chang)觀測網(wang)，使傳統海洋牧場(chang)所無法實現的(de)“可(ke)(ke)(ke)視、可(ke)(ke)(ke)測、可(ke)(ke)(ke)控、可(ke)(ke)(ke)預(yu)警”成為了可(ke)(ke)(ke)能。該(gai)觀測網(wang)結合聯通自研的(de)超(chao)遠覆(fu)蓋技(ji)術（縱深可(ke)(ke)(ke)達 100 公里）制定航道專項超(chao)遠覆(fu)蓋方案，在島嶼、風(feng)電(dian)等固(gu)定平臺增設(she) 5G 基(ji)站，并在此基(ji)礎上推進 5G 和(he)衛星(xing)通信(xin)共(gong)生(sheng)互(hu)補，實現“空天地”一體(ti)化覆(fu)蓋。基(ji)于衛星(xing)物聯網(wang)，通過對水質、氣象、魚(yu)類生(sheng)長等數(shu)據(ju)的(de)實時采(cai)集和(he)分析，可(ke)(ke)(ke)以為養殖企業提(ti)供科學的(de)建議(yi)，從而提(ti)高養殖效率和(he)產量。
資產追蹤
資產追蹤向來是衛星物聯網的明星應用，Counterpoint 進一步指出，NB-NTN 將成為該領域的主導技術，尤其是在油氣運輸方面，預計到 2025 年將得到廣泛采用。
油(you)氣運輸通(tong)常涉及長(chang)距離、跨區(qu)域的運輸，許多(duo)運輸過程發生在(zai)(zai)偏遠地(di)區(qu)或海洋(yang)中(zhong)，這些地(di)方通(tong)常無法通(tong)過傳(chuan)(chuan)統地(di)面(mian)(mian)通(tong)信(xin)網(wang)絡進行有(you)效(xiao)覆(fu)蓋，有(you)些運輸往往跨越多(duo)個國家和(he)地(di)區(qu)，傳(chuan)(chuan)統地(di)面(mian)(mian)通(tong)信(xin)網(wang)絡無法提供(gong)(gong)穩(wen)定的連接。與此(ci)同時(shi)，油(you)氣運輸又涉及大(da)量高價值(zhi)的設(she)備和(he)貨物，本身(shen)具有(you)易燃、易爆的特點，任何意(yi)外事故（如泄漏、火災、爆炸等）都可能導致(zhi)災難性(xing)后果(guo)，因(yin)此(ci)監控的連續性(xing)非常重要(yao)。在(zai)(zai)這種背景下，衛星物聯網(wang)能夠提供(gong)(gong)全球范圍(wei)的覆(fu)蓋，無論運輸途(tu)中(zhong)是(shi)否(fou)處于信(xin)號(hao)盲區(qu)，都能實(shi)現實(shi)時(shi)數據(ju)傳(chuan)(chuan)輸。
Counterpoint 在油氣(qi)追蹤應用方(fang)面特(te)意指出了(le) NB-NTN 的重(zhong)(zhong)要性，因(yin)此(ci)筆(bi)者(zhe)也再補充幾句——我們知(zhi)道，3GPP R17 標準中，兩個工作組是(shi)分別針對移(yi)動寬帶(dai)的 NR-NTN 標準和(he)針對物聯(lian)網用例的 IoT-NTN 標準，后者(zhe)側重(zhong)(zhong)支持低(di)復雜度 eMTC 和(he) NB-IoT 等 LPWAN終端衛星接入。
由于能夠擴大很多場景的網絡覆蓋范圍，如全球資產追蹤，NB-IoT NTN 備受業界關注。今年 1 月(yue)， 美(mei)國老牌衛星(xing)(xing)通信運營商銥星(xing)(xing)公司宣布(bu)正式啟(qi)動基于3GPP標準(zhun)(zhun)化NB-IoT NTN衛星(xing)(xing)直連項目 Project Stardust；今年 9 月(yue)，3GPP 批準(zhun)(zhun)了(le)銥星(xing)(xing)的請求，將 NTN 的 NB-IoT 功能j進一步添(tian)加到(dao) Release-19 的工(gong)作計劃中(zhong)，該計劃預計將于 2025 年第四(si)季度完(wan)成。
不只國外，國內的 NB-NTN 也發展迅速，今年 3 月，中國移動旗下專業芯片公(gong)司(si)芯(xin)昇(sheng)(sheng)科(ke)技(ji)有限公(gong)司(si)聯(lian)合是德科(ke)技(ji)，基(ji)于商(shang)用物(wu)聯(lian)網終端，完(wan)成了(le)運營(ying)商(shang)IoT-NTN衛(wei)星(xing)物(wu)聯(lian)網業務實驗(yan)室(shi)驗(yan)證，標志著攜帶中移芯(xin)昇(sheng)(sheng) NB-IoT 通(tong)(tong)信(xin)芯(xin)片(pian)的物(wu)聯(lian)網設備已經支持衛(wei)星(xing)通(tong)(tong)信(xin)，驗(yan)證了(le)符合 3GPP R17 NTN 規范的衛(wei)星(xing)物(wu)聯(lian)網通(tong)(tong)信(xin)的可行性。
聯網汽車
Counterpoint 還指出，到 2027 年，NR-NTN 的部署將解鎖新的用例，包括自動聯網汽車、視頻流和擴展的海事應用。
筆者認(ren)為聯網(wang)汽車是很值得關注的應用。之前，在華為、蘋果等手機(ji)大廠(chang)不遺余力的宣傳下，消費者對于(yu)手機(ji)直連衛星已經不陌生(sheng)，但(dan)與(yu)之相(xiang)比，“汽車直連衛星”的前景可能會(hui)更為廣闊。
技術方面(mian)，汽車(che)(che)電(dian)池供(gong)電(dian)限制較小(xiao)，續航能力更(geng)長，憑借全向接收(shou)天(tian)線，接受衛(wei)(wei)星信號能力也更(geng)強，得益于更(geng)大的天(tian)線尺寸，汽車(che)(che)擁有(you)比手(shou)機(ji)更(geng)廣的天(tian)線仰角(jiao)范(fan)圍(wei)，可以接收(shou)衛(wei)(wei)星信號的面(mian)積也更(geng)大；應用(yong)方面(mian)，衛(wei)(wei)星通訊可以涵蓋商用(yong)車(che)(che)（如貨車(che)(che)，公(gong)交車(che)(che)）、乘用(yong)車(che)(che)、軍(jun)用(yong)車(che)(che)和工業(ye)用(yong)車(che)(che)，比如為(wei)礦車(che)(che)和資(zi)源勘探設備(bei)提供(gong)實時(shi)的數據(ju)傳輸和通信服務(wu)，支(zhi)持遠程監控(kong)和管理，提高生產效率和安全性等(deng)…..
2024 年 5 月，據(ju)星(xing)鏈軟件(jian)開發師 Julien Villa-Massone 透露，SpaceX 正著手開啟特斯拉汽車直連衛星(xing)計劃。預計今年底，所有配備 4G 功能的(de)特斯拉汽車有望(wang)獲得(de)基礎性網絡接入，盡管網速比(bi)較低，帶寬(kuan)大概(gai)每(mei) 150 公(gong)里范(fan)圍內共(gong)享(xiang) 18Mbps，但可(ke)以用(yong)于(yu)應急通話。
寫在最后
隨著衛星物聯網技術的不斷進步和應用場景的多樣化，連接數的持續增長無疑為全球數字化轉型提供了重要支撐，同時也會進一步帶來收入的增長——Berg Insight 認為衛星物聯網連接收入預計將從 2023 年的 3.029 億歐元（3.304 億美元）增長到 2028 年的約 13.5 億歐元（約 14.7 億美元）；Omdia 則預測，隨著網關等硬件成本不斷下降和新標準的出現，通過衛星直接與物聯網設備通信正成為企業從遠程設備回傳數據的可行選擇，預計到 2030 年衛星物聯網收入將超過 15 億美元。
總而言之，衛星物(wu)聯(lian)網不(bu)僅彌補了地(di)面網絡(luo)的(de)覆蓋空白，還推(tui)(tui)動(dong)(dong)了偏遠地(di)區、海(hai)上(shang)平臺(tai)、極(ji)地(di)環境等傳統通信手段無法觸及的(de)領(ling)域的(de)數字(zi)化進程。從精準農業(ye)到(dao)智能交通，從油氣運輸到(dao)環境監測，衛星物(wu)聯(lian)網在各個行業(ye)的(de)滲透，正以前所(suo)未有的(de)速度加速。未來，技術的(de)不(bu)斷成熟和全球物(wu)聯(lian)網生(sheng)態的(de)完善，將(jiang)助推(tui)(tui)衛星物(wu)聯(lian)網的(de)連接數將(jiang)繼續呈現爆發(fa)式增(zeng)長，推(tui)(tui)動(dong)(dong)空天地(di)一體化未來的(de)到(dao)來。
參考資料：
衛(wei)星(xing)互(hu)聯(lian)網：NTN技術商用化，還需(xu)邁過理想與現實(shi)的“GAP”，C114
農(nong)業農(nong)村(cun)部出臺發展智慧農(nong)業指導意見(jian)和行(xing)動計劃
中國聯通(tong)智(zhi)慧護(hu)航“海洋牧場”
老牌衛星公司啟動NB-IoT項目,3GPP陣營影響力進一步擴大，物聯網智庫
汽(qi)(qi)車也(ye)要向(xiang)上捅破天？“汽(qi)(qi)車直連衛星”迎(ying)來(lai)廣闊發(fa)展(zhan)空間，物(wu)聯(lian)網智庫
中(zhong)移芯(xin)昇NB通(tong)信芯(xin)片完成運營商IoT-NTN衛星物聯(lian)網業(ye)務實驗室驗證，News快報
