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卫星物联网如何更加接近我们的生活

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-12-24  来源:环球创新智慧  浏览次数:1054
        几年前,物联网(IoT)的不断发展就已经成为事实。机器(节点)之间的相互通信,为智慧农业、智能家居以及车联网等一些应用铺平了道路,这些应用有望对我们生活产生深远的影响。

        物联网的关键要素之一就是,机器之间的无线通信,也称为“机器到机器(M2M)”通信。与4G或者WiFi网络等移动网络不同,相当大比例的M2M通信都以非常低的传输速度、非常小的数据包和数量巨大的设备为特征。从协调电信网络的角度来看,这些特征带来了重大挑战。

创新

        由于通过卫星实现了先进的随机接入方案,最近的研究提出的高效率、低复杂度的算法,使卫星物联网变得越来越容易实现。这项研究的论文发表在《国际卫星通信与网络杂志(International Journal of Satellite CommunicaTIons and Networking)》上,论文作者包括信息和通信技术部(DTIC)和德国航空航天中心(DLR)研究员朱塞佩·科科(Giuseppe Cocco)以及欧洲航天局的研究人员。

技术

        连接同一颗卫星的传感器数量可以非常多。

        让我们设想一株农作物拥有一个连接至卫星的湿度传感器,只有当湿度低于特定临界值时,卫星才会传输信息。该传感器可能长时间不发送任何信息,并且当它真正决定这么做时,数据量非常小(只有几个比特)。在这种情况下,需要与卫星网络建立连接的控制数据的数量,可能会超过传感器传输的有用数据(有效载荷)量。

卫星物联网如何更加接近我们的生活

        尽管每个传感器偶尔传输少量数据,但总体的数据通信量却非常大。M2M流量中的控制信息对资源来说是一种极大的浪费,但是为了避免干扰,它也是必要的。

        如果只是应对单个传感器时,这似乎并不成问题。但是在卫星网络的情况下,连接到单个卫星的传感器数量会非常多。虽然每个传感器只是偶尔地传输少量数据,但总体流量却很大。此外,删除或者减少M2M通信量中的控制信息,会导致来自不同传感器的信号相互干扰,从而引起发送的信息丢失,在大流量的情况下,甚至会引起网络崩溃。

        在这个背景下,为了避免干扰,M2M流量控制信息是一种显著却必要的资源浪费。这就会导致需要采用更宽的带宽、更大且更昂贵的卫星或者更多数量的卫星,从而带来更高的M2M通信成本以及对IoT开发产生负面影响。

        为了解决这个问题,近年来,多随机接入的新型先进系统已经在开发中,它将极大地限制控制信息,并且不影响网络性能。这些系统工作得非常违反直觉,也就是说,并不是试图避免干扰,而是增加干扰,让每个节点传输同一条信息的多份拷贝,而并不知道其他节点是否同时在传输信息。

        科科解释道:“这个诀窍在于接收器利用这个干扰去净化接收到的信息,从中提取有用的信息。为了理解这些系统是如何工作的,你可以思考一下你是如何吃洋蓟的,每次你摘下一片叶子,吃掉好吃的那一点点,但是下面的叶子也松弛了,所以每一次至少可以摘下一片新叶子。”

价值

        他们开发的高效率、低复杂度的算法,可以增强卫星物联网中的通信系统。

        国际科研期刊上的几篇论文已经证实,基于每条信息的多份拷贝传输的随机多接入非常有前景。这项研究的作者们解释道,然而,这些研究采用了简化方案(需要通过方程和模拟进行更简单的处理),而不允许在真实环境中评估这些系统的性能。

        科科总结道:“我们的贡献超越了这些简化方案。我们研究了对于真实系统中出现的各种元件(例如许多作为物联网节点的低成本电子器件中的缺陷)组成的整体系统的影响,以及开发出可帮助针对它们增强系统的算法。因此,我们对于开发同时实现高效率和低复杂度的算法作出了特殊的努力,所以通过卫星实现的物联网对于每一个人来说效率越来越高,也越来越容易接近。”
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