天基物聯網在車聯網中的應用

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，從汽車互聯開始。電動汽車、自動駕駛，以及持續增長的個性化車內體驗需求，是汽車行業變化的三大趨勢。而互聯性，即將汽車與網絡、云端、其他車輛、行人、基礎設施和移動服務相連接的能力，將真正定義未來汽車。借助新一代信息通信技術，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，同時對道路交通整體運行進行優化，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，改變人類的出行方式[1]。

互聯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，利用信息化網絡互聯，并與外界（車輛、道路、基礎設施、交通控制中心、增值服務中心等）實時交互信息。信息的實時交互必須依賴于信息網絡的覆蓋、帶寬以及時延等網絡特性，其中最重要的特性是需要全球無縫覆蓋的網絡，以便保證車輛在全球任何地方行駛或停放均能夠處于聯網狀態——永久在線，這樣才能保證互聯車輛與外界的信息交互可靠性、及時性以及可達性。車聯網可以理解為未來物聯網、智慧城市、“互聯網+”的一個重要應用方向，同時也是5G及未來6G通信網絡的最重要應用之一[2]。

圖1 天基物聯網應用方向

衛星物聯網作為地面物聯網應用場景的補充和延伸[3]，能夠有效克服地面物聯網的不足，并具有下列優勢。一是覆蓋地域廣，可實現全球覆蓋，傳感器的布設幾乎不受空間限制；二是幾乎不受天氣、地理條件影響，可全天時全天候工作；三是系統抗毀性強，在自然災害、突發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動目標（車輛、飛機、艦船等）提供無間斷的網絡連接等。此外，隨著全球商業航天的發展，小衛星、衛星制造與發射成本逐步降低，且以車輛狀態監測、遇險呼救為典型的車聯網業務對衛星鏈路帶寬以及實時性要求不高，進一步降低了衛星發射、星座組網以及運營成本。當前除傳統衛星運營商開始在高低軌網絡開展物聯網業務以外，非常多的初創類企業開始進入物聯網衛星業務領域。未來用于車聯網業務的天基網絡資源將非常豐富，成本會進一步降低，基于天基物聯網的車聯網信息服務應用與市場前景充滿潛力。

2 天基車聯網發展現狀

2.1 SpaceX星鏈網絡

馬斯克的SpaceX公司于2015發布Starlink衛星網絡計劃，分三期建設，合計部署11 927顆衛星，目前已部署超過2 000顆，并向部分區域用戶提供試商用服務[4]。未來Starlink將為特斯拉的衛星車聯網服務提供面向車載用戶的高速移動互聯網接入與動態組網服務。目前面向車聯網應用的天基網絡主要提供位置、導航、高精度時鐘等單向管控服務。而基于雙向網絡的交互應用還沒有大規模應用在車聯網中，主要是GEO衛星網絡時延長以及終端的體積大等原因。未來隨著Starlink網絡建設以及終端小型化進程，將極大促進車聯網行業進入一個新時代——全球車聯網。基于Starlink網絡，相比較4G車聯網服務，車主在任何地方均可體驗網絡接入以及在線增值信息服務的車聯網服務。從運營角度，特斯拉公司可實時監測全球車輛的運行狀態以及收集車輛行駛數據，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。

2.2 車聯網平臺TMC

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

2.3 吉利云平臺

吉利集團于2018年開始布局天基衛星網絡，為了打造三維立體的未來出行服務體驗，已規劃建設全球高精定位、低軌物聯雙星座網絡以及AI云平臺。該平臺是一個開放的車聯網服務平臺，利用多維度的衛星網絡數據，可提供吉利及全球客戶車輛高精度定位、車輛監測、遇險救援、車隊管理、代駕和共乘管理等數據服務，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設施和車輛來監控周圍環境，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絡的車聯網服務，意味著衛星網絡在車聯網服務平臺架構中扮演著極其重要的位置。因車輛具備大范圍移動、跨區域行駛的特性，經常會處于地面網絡無法覆蓋的區域，故連續性、高可靠性的車聯網服務必須依賴于衛星網絡和地面網絡的協同。除了車企重點布局車聯網服務，互聯網公司、網絡運營商以及遠程信息服務提供商也紛紛加碼車聯網服務。

3 天基物聯網在車聯網中的應用

天基物聯網屬于衛星網絡的一種類型，面向物聯網場景，提供低速、窄帶以及非實時的通信服務。目前市場上具備提供全球天基物聯網服務的系統主要有Orbcomm OG2、北斗全球RDSS、Inmarsat IDP、Iridium SBD，以及正在建設中的物聯網星座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，低軌衛星物聯網因其具有全球覆蓋、終端尺寸小、功耗低等特性具有較大的應用前景。

表1 全球天基物聯網運營商網絡對比

基于天基物聯網的網絡特性，結合車聯網的應用場景需求及特點，天基物聯網在車聯網領域的應用主要存在以下4個方向。

（1）車隊管理。對企業管理者來說，如何提高車隊運營效率，降低成本，實現可視化管理是車隊管理的核心?；谔旎锫摼W車隊管理系統，可幫助企業實現對車輛全程位置跟蹤、駕駛行為/車輛狀態等數據監測以及可視化調度。相比較地面網絡的車隊管理系統，當車輛處于地面網絡盲區或者信號中斷時，車輛依舊保持在線，車輛數據實時上傳。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、重型機械、運輸?；奋囕v、拉力賽車等。通過不間斷的、連續的跟蹤、監測功能，有效地提升了車輛的安全性以及運營效率，進一步降低企業運營成本。

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

（3）全生命周期管理。對于汽車制造商而言，對已售車輛實現全生命周期的管理，包括維修/保養記錄、油耗、故障、輔助系統狀態等關鍵數據。一方面有效提升用戶服務體驗，車輛狀態可全程追溯；另一方面收集的數據支撐設計后期的車型改良的方向。當前車企對車輛核心數據的收集主要來源于品牌4S店和遠程服務提供商，但由于車主可能不在品牌4S店維護，或者蜂窩網絡到期后不續費等原因，導致部分車輛的數據無法及時獲取。同時車輛可能存在在不同國家之間跨國使用的情況，基于蜂窩網絡可能存在網絡制式不兼容等問題。那么基于一個覆蓋全球的衛星網絡——天基物聯網可以滿足車輛全生命周期數據的采集和管理的要求。數據的上傳通信費用無須車主承擔，由對應的車企承擔車輛全生命周期的衛星通道費用。若新車主需要車輛歷史數據，包括油耗、維修保養記錄等，車企可有償提供此類服務。

（4）遠程信息服務。基于天基物聯網和定位導航系統，可向車輛提供基于位置的各種增值服務，包括行程氣象預報、車輛狀態、加油/充電服務以及景點等出行信息服務。

4 結束語

建設天基物聯網是解決目前地面物聯網覆蓋范圍有限這個短板的有效途徑。低軌衛星互聯網是一個綜合型的大型網絡系統，作為地面網絡和衛星網絡的有機結合，形成了復雜的網絡拓撲結構，具備無縫的網絡接入服務能力。在車聯網、應急救援、交通物流、遠洋航行等領域有著廣泛應用。據預測，全球車聯網市場規模將從2016年的226億美元增加到2025年的996億美元，年復合增速為17.9%。車聯網是物聯網領域中最具產業潛力、市場需求最明確的細分行業，近年各國政府和企業積極推動技術標準制定和產業化進程，推動車聯網商業化落地。隨著衛星互聯網、衛星物聯網等新型基礎設施的大范圍建設，將進一步促進車聯網產業的發展，最終實現未來立體出行的愿望。