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衛星物聯網如何更加接近我們的生活

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-12-24  來源:環球創新智慧  瀏覽次數:1071
        幾年前,物聯網(IoT)的不斷發展就已經成為事實。機器(節點)之間的相互通信,為智慧農業、智能家居以及車聯網等一些應用鋪平了道路,這些應用有望對我們生活產生深遠的影響。

        物聯網的關鍵要素之一就是,機器之間的無線通信,也稱為“機器到機器(M2M)”通信。與4G或者WiFi網絡等移動網絡不同,相當大比例的M2M通信都以非常低的傳輸速度、非常小的數據包和數量巨大的設備為特征。從協調電信網絡的角度來看,這些特征帶來了重大挑戰。

創新

        由于通過衛星實現了先進的隨機接入方案,最近的研究提出的高效率、低復雜度的算法,使衛星物聯網變得越來越容易實現。這項研究的論文發表在《國際衛星通信與網絡雜志(International Journal of Satellite CommunicaTIons and Networking)》上,論文作者包括信息和通信技術部(DTIC)和德國航空航天中心(DLR)研究員朱塞佩·科科(Giuseppe Cocco)以及歐洲航天局的研究人員。

技術

        連接同一顆衛星的傳感器數量可以非常多。

        讓我們設想一株農作物擁有一個連接至衛星的濕度傳感器,只有當濕度低于特定臨界值時,衛星才會傳輸信息。該傳感器可能長時間不發送任何信息,并且當它真正決定這么做時,數據量非常。ㄖ挥袔讉比特)。在這種情況下,需要與衛星網絡建立連接的控制數據的數量,可能會超過傳感器傳輸的有用數據(有效載荷)量。

衛星物聯網如何更加接近我們的生活

        盡管每個傳感器偶爾傳輸少量數據,但總體的數據通信量卻非常大。M2M流量中的控制信息對資源來說是一種極大的浪費,但是為了避免干擾,它也是必要的。

        如果只是應對單個傳感器時,這似乎并不成問題。但是在衛星網絡的情況下,連接到單個衛星的傳感器數量會非常多。雖然每個傳感器只是偶爾地傳輸少量數據,但總體流量卻很大。此外,刪除或者減少M2M通信量中的控制信息,會導致來自不同傳感器的信號相互干擾,從而引起發送的信息丟失,在大流量的情況下,甚至會引起網絡崩潰。

        在這個背景下,為了避免干擾,M2M流量控制信息是一種顯著卻必要的資源浪費。這就會導致需要采用更寬的帶寬、更大且更昂貴的衛星或者更多數量的衛星,從而帶來更高的M2M通信成本以及對IoT開發產生負面影響。

        為了解決這個問題,近年來,多隨機接入的新型先進系統已經在開發中,它將極大地限制控制信息,并且不影響網絡性能。這些系統工作得非常違反直覺,也就是說,并不是試圖避免干擾,而是增加干擾,讓每個節點傳輸同一條信息的多份拷貝,而并不知道其他節點是否同時在傳輸信息。

        科科解釋道:“這個訣竅在于接收器利用這個干擾去凈化接收到的信息,從中提取有用的信息。為了理解這些系統是如何工作的,你可以思考一下你是如何吃洋薊的,每次你摘下一片葉子,吃掉好吃的那一點點,但是下面的葉子也松弛了,所以每一次至少可以摘下一片新葉子。”

價值

        他們開發的高效率、低復雜度的算法,可以增強衛星物聯網中的通信系統。

        國際科研期刊上的幾篇論文已經證實,基于每條信息的多份拷貝傳輸的隨機多接入非常有前景。這項研究的作者們解釋道,然而,這些研究采用了簡化方案(需要通過方程和模擬進行更簡單的處理),而不允許在真實環境中評估這些系統的性能。

        科科總結道:“我們的貢獻超越了這些簡化方案。我們研究了對于真實系統中出現的各種元件(例如許多作為物聯網節點的低成本電子器件中的缺陷)組成的整體系統的影響,以及開發出可幫助針對它們增強系統的算法。因此,我們對于開發同時實現高效率和低復雜度的算法作出了特殊的努力,所以通過衛星實現的物聯網對于每一個人來說效率越來越高,也越來越容易接近。”
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