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u-blox助力Astrocast實現衛星物聯網通信追蹤

ublox ? 來源:ublox ? 2023-08-15 15:10 ? 次閱讀

01.背景介紹

30多年前,衛星定位技術開始應用于資產追蹤應用。在地面基礎設施的支持下,衛星將定位范圍從局部區域擴大到全國,進而擴大到全球。

衛星定位技術的發展方興未艾,數字通信也迅速崛起,物聯網(IoT)滲透到各行各業之中,為交通、工廠、個人設備、家庭、樓宇等行業領域提供穩定可靠的通信與互聯。在這些年間,為實現萬物互聯化,業界不斷推動建立地面網絡

隨著衛星定位與物聯網技術的發展,許多終端設備開始配備具有精準定位能力的追蹤器,并不斷縮小其尺寸,從而應用到汽車業、農業、物流業等多種行業。但這些追蹤器往往只能在有通信基礎設施的區域中工作。

對于缺少基礎設施的區域,設備需要借助微納衛星網絡進行遠程通信,微納衛星網絡由成本低廉的小型衛星組成,能夠與資產追蹤器配合工作,執行各種遠程操作,例如監測和維護海事、農業和畜牧業的資產等。

這種被稱為衛星物聯網的技術正日漸普及,有助于企業安全、可靠地與偏遠地點的資產進行物聯網衛星通信。

02.功耗困境

對于依靠衛星物聯網通信的資產追蹤設備,一大主要難題就是功耗,這主要取決于設備的設計,及其更新定位的頻率要求。

經過一段時間的經驗積累,物聯網項目設計人員已在設計中采納了必要的考慮因素,從而盡可能降低功耗。因此,即便資產追蹤等物聯網應用受到了各種限制,其需要的功率也遠低于15年前。

為了實現超低水平的功耗,企業在設計設備時充分考量了各種策略。盡管如此,在一些無法使用電源或無法定期更換電池的偏遠地區,僅憑設計考慮因素可能還不足以滿足需求。

比如資產追蹤設備,這類設備只需要定時更新自己的位置,而“智能計量”應用也只需要定期進行測量。人們普遍認為,這種情況下的功耗并不高,因為設備并未采用持續“追蹤模式”。但與連接到地面基礎設施的模塊相比,直接從衛星接收信息的GNSS接收機模塊的功耗要高得多。

智能儀表開啟后,根據衛星信號強度的不同,儀表可能需要幾十秒乃至幾分鐘的時間來計算定位。如此短暫的時間卻會消耗掉大量的電池電量,對于部署在偏遠位置的資產而言,這會造成極大的不便。

這種功耗問題是否有解決之道?為了回答這個問題,我們首先要觀察通過衛星物聯網通信實現的資產追蹤,了解其中不可或缺的組成部分。

03.建立衛星物聯網通信追蹤的必要組成部分

為了建立衛星物聯網通信追蹤,您大致需要具備三個主要組成部分。

首先是近地軌道(LEO)衛星。近地軌道衛星在近地軌道中運行,距離地面200至2000千米之間。為了確保獲得足夠的通信覆蓋范圍和容量,近地軌道衛星與其他衛星協同工作,形成一個星座。

第二個組成部分是GNSS接收機,該模塊從衛星星座中獲取定位信息。

最后,基于衛星物聯網通信的追蹤器通過云定位服務實現低功耗、合理精度的定位服務。

我們先來講最重要的方面,關注GNSS接收機,以及促進衛星物聯網通信追蹤的云定位服務。當今的GNSS接收機必須具備特定的性能以能勝任這一任務,分別是尺寸小、功耗低和適應小型天線的能力。

“u-bloxMAX-M10是一款能滿足所有這些要求的GNSS接收機,MAX-M10尺寸僅有100mm2,可以輕松集成至空間受限的終端設備中;MAX-M10功耗低,即便尺寸極小,GNSS定位性能也絲毫不受影響?!?/p>

最后,憑借適應小型天線的能力,這款GNSS接收機能與追蹤器設備內的其他元器件在同一頻率下工作,僅需一個天線,有助于縮減追蹤器終端尺寸。

那么云定位服務又如何?u-blox CloudLocate服務是一款全面的解決方案,兼容包括衛星物聯網在內的多種通信技術。

CloudLocate實現云端定位

在受限的物聯網應用中,這對延長續航時間至關重要。

CloudLocate服務十分便于便利

第一個主要原因在于該服務的數據計算由云端分載,GNSS接收機本身并不需要計算位置。接收機對GNSS信號進行預處理,數據以12至50字節大小的數據包形式傳送到云端,然后在云端計算位置。因此這里僅需用到上行鏈路通信,而不需要下行鏈路,因為CloudLocate會將位置信息傳遞到使用這些信息的企業云。

CloudLocate專為每天僅需更新幾次的應用場景而設計

如果設備需要合理的精度,但不需要在連續“追蹤模式”下工作,比如遠程追蹤器,這種服務就是非常理想的選擇。

有些資產是不斷移動的,比如卡車,需要定期更新其追蹤數據,但其他資產可能是靜態的,比如牲畜,僅需在特定情況下追蹤其位置。

相較于獨立GNSS定位,CloudLocate耗電量僅為其10%,GNSS接收機不會執行耗電的定位計算,種方法只會“激活”幾秒鐘來預處理GNSS信號,然后就會“關閉”,因此可節省高達90%的電量。

下面我們再將注意力轉到衛星物聯網通信。至此為止,我們已經簡要描述了建立衛星物聯網通信追蹤所需的一些元素。在現實環境中,這種機制還要略微復雜一些,因為其中還需要一個衛星通信模塊來提供通信的基本功能。

理想情況下,該衛星通信模塊應確保雙向通信,支持遠程更改追蹤器配置,例如數據捕獲頻率,支持在L-band信道上傳輸數據,以減少衛星轉播的次數。

此外,端到端加密可保證數據傳輸安全無虞,L-band數據傳輸則有助于提高傳輸效率。該模塊工作溫度應在-20℃至70℃,電池電壓應該較低,比如3.3V,峰值電流約為80mA。Astronode S衛星通信模塊滿足以上所有功能特點。

04.Astrocast與u-blox攜手共進

由Astrocast開發的物聯網資產追蹤器的工作原理相對簡單。

首先,u-blox超低功耗GNSS接收機MAX-M10收集數據。

隨后,Astronode S模塊將這些數據傳輸到Astrocast衛星星座,進而傳輸到其云平臺,該平臺處理RAW GNSS數據,并通過API(應用程序編程接口)將其發送到u-blox CloudLocate,最后將這些數據轉換為有意義的定位信息。

此過程顯著降低了功耗,相較于冷啟動后30秒的傳統獨立GNSS定位,節能多達90%。憑借這種大幅度節能機制,即使內置小尺寸電池的追蹤器仍可工作數月。

u-blox(M10+Cloud Locate)與Astrocast的合作極大地提高了電池效率,使得以電池供電的物聯網設備得以將GNSS技術與低帶寬、遠距離衛星通信相結合。

05.相互兼容

AstronodeS與M10(L1)在相同的頻率范圍中工作,因此使用一個天線就能與Astrocast衛星通信并接收GNSS衛星信號,但兼容性不止于此,u-blox和Astrocast都公開了API,支持數據訪問,支持將其順暢集成到云端服務之中,易于使用。

06.結論

由于地理范圍因素,衛星物聯網通信市場表現出強勁增長的勢頭。根據物聯網分析的數據,到2026年,該市場的規模將達到2017年的一倍以上,約為10億美元。這一趨勢表明,隨著衛星物聯網公司認識到其全球覆蓋的潛力,該解決方案正在快速崛起,尤其是在僅有斷續通信能力或沒有通信能力的偏遠區域。

在u-blox支持下,Astrocast開發出了一款尺寸小巧、安全可靠的高能效資產追蹤器。GNSS接收機MAX-M10和CloudLocate專為Astrocast這樣的創新解決方案而打造,符合所有相關要求,必將對這類新市場趨勢產生深遠影響。

審核編輯:湯梓紅

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原文標題:u-blox助力Astrocast實現衛星物聯網通信追蹤

文章出處:【微信號:ublox_China,微信公眾號:ublox】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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