空中互聯(lián)網(wǎng)工作原理

1. 引言 2. 網(wǎng)絡(luò)升空 3. 空中HALO網(wǎng)絡(luò) 4. Sky Station小型飛艇 5. 太陽(yáng)神飛機(jī)

引言

現(xiàn)在，每個(gè)互聯(lián)網(wǎng)用戶都經(jīng)常提及“寬帶”一詞。如今，我們需要發(fā)送和下載更多的數(shù)據(jù)，其中包括音頻文件、視頻文件和照片，這使得本已力不從心的調(diào)制解調(diào)器更加不堪重負(fù)。許多互聯(lián)網(wǎng)用戶轉(zhuǎn)而使用電纜調(diào)制解調(diào)器和數(shù)字用戶線路（DSL）以增加帶寬。此外，還有一種正在研發(fā)的新型服務(wù)可將寬帶搭接到空中。

此圖顯示了HALO網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接的方式

目前，至少有三家公司正在計(jì)劃通過(guò)在數(shù)百座城市上空固定部署飛行器，以提供高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。Angel Technologies公司正在籌劃一種被稱為高空長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行（HALO）的空中互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它將使用輕型飛機(jī)在空中盤(pán)旋飛行，為企業(yè)提供較T1線路更快的數(shù)據(jù)傳輸。用戶將能獲得可與數(shù)字用戶線路（DSL）相媲美的網(wǎng)絡(luò)連接。此外，AeroVironment公司與美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）已開(kāi)始合作研制能像HALO網(wǎng)絡(luò)那樣運(yùn)作的無(wú)人駕駛的太陽(yáng)能飛機(jī)，而Sky Station International公司也在策劃一項(xiàng)類似的項(xiàng)目，不過(guò)它將使用小型飛艇而不是飛機(jī)。

如今，衛(wèi)星已經(jīng)應(yīng)用于寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。在本文中，您將了解空中互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。我們將向您介紹正在研發(fā)的各種網(wǎng)絡(luò)、飛行器以及用戶如何在家中使用這項(xiàng)技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)升空

人們使用的大部分計(jì)算機(jī)都配有標(biāo)準(zhǔn)的56K調(diào)制解調(diào)器，這就意味著計(jì)算機(jī)在理想狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)速度為56千比特/秒(Kbps)。這個(gè)速度對(duì)于處理當(dāng)前用戶所需的大型流視頻和音樂(lè)文件而言，實(shí)在是太慢了。這就產(chǎn)生了對(duì)更大帶寬——寬帶——的需求，寬帶能夠讓更多的數(shù)據(jù)進(jìn)出計(jì)算機(jī)。由于受電纜或電話線直徑的物理制約，陸上線路的數(shù)據(jù)傳輸量受到一定的限制。而對(duì)于空中互聯(lián)網(wǎng)而言，則不存在上述物理限制，可以實(shí)現(xiàn)更大的網(wǎng)絡(luò)容量。

有幾家公司已經(jīng)證明了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入是可行的。空中互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)作方式與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入非常相似，但前者在時(shí)間上不存在延遲。衛(wèi)星和空中互聯(lián)網(wǎng)接入的帶寬基本相同，但空中互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中繼時(shí)間更短，因?yàn)槠渌幍母叨鹊陀谛l(wèi)星。衛(wèi)星是在距離地面上萬(wàn)公里的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)。而用于運(yùn)作空中互聯(lián)網(wǎng)的飛行器則是在海拔1.5-2.2萬(wàn)米的空中盤(pán)旋飛行。在這樣的海拔高度上，飛行器不僅不會(huì)受到惡劣天氣的影響，而且飛行高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商用飛機(jī)，不會(huì)受到其飛行的影響。

另外，采用高空飛行器的網(wǎng)絡(luò)比采用衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)更具成本優(yōu)勢(shì)，因?yàn)轱w行器易于部署，不必發(fā)射到太空中。但是，空中互聯(lián)網(wǎng)將只對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)起補(bǔ)充作用，而不是取代它們。這些空中網(wǎng)絡(luò)將克服傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)接入方式所面臨的最后一公里屏障。“最后一公里”指普通高速電纜的接入最終仍取決于物理距離的遠(yuǎn)近，因此并非所有想接入網(wǎng)絡(luò)的人都能如愿。僅僅算上安裝線路所需的時(shí)間，使用電纜或電話線提供的普遍的網(wǎng)絡(luò)接入就需要花費(fèi)大量的時(shí)間。但對(duì)于空中網(wǎng)絡(luò)而言，只要飛行器一起飛，便能立即克服“最后一公里”的障礙。

空中互聯(lián)網(wǎng)不會(huì)是純無(wú)線的。任何類型的空中互聯(lián)網(wǎng)都要有相應(yīng)的地面設(shè)備。用戶必須在家里或公司里安裝天線，以便接收來(lái)自空中網(wǎng)絡(luò)集線器的信號(hào)。空中網(wǎng)絡(luò)同樣也會(huì)與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）進(jìn)行協(xié)作，提供商將提供高容量終端設(shè)備供空中網(wǎng)絡(luò)使用。這些互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商擁有光纖接入點(diǎn)——他們的光纖網(wǎng)絡(luò)早已就位。空中互聯(lián)網(wǎng)的任務(wù)就是提供一個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以覆蓋那些不具有寬帶電纜和線路的區(qū)域。

空中互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)要求用戶在家或辦公室旁邊安裝天線。

在后面三節(jié)中，我們將向您介紹三種可從空中為您提供寬帶網(wǎng)絡(luò)接入的飛行器。

空中HALO網(wǎng)絡(luò)

目前，共有三家公司正在開(kāi)發(fā)空中互聯(lián)網(wǎng)，Angel Technologies便是其中之一。該公司研發(fā)的HALO網(wǎng)絡(luò)可能在2003年底便可進(jìn)行部署，到2006年時(shí)即可部署在10座城市上空。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心是海神飛機(jī)(Proteus)，該飛機(jī)將把無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶到空中。

“海神”飛機(jī)是由Scaled Composites公司研制的。它有很長(zhǎng)的機(jī)翼和較低的翼載，這樣設(shè)計(jì)是為了便于超高空飛行（翼載等于飛機(jī)的總重量除于機(jī)翼面積）。“海神”飛機(jī)將在5.3-18.3公里的高度上飛行，覆蓋直徑達(dá)120.7公里的區(qū)域。該飛機(jī)目前仍需接受美國(guó)聯(lián)邦航空局的審批。

Angel Technologies的“海神”飛機(jī)的核心是一部重達(dá)一噸的空中網(wǎng)絡(luò)集線器，它使飛機(jī)可以將地面基站的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到辦公室和家中的計(jì)算機(jī)。空中網(wǎng)絡(luò)集線器由一個(gè)天線陣列和若干電子器件組成以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。天線陣列能在地面上形成數(shù)百個(gè)類似移動(dòng)電話蜂窩的虛擬蜂窩，從而為成千上萬(wàn)的用戶提供服務(wù)。機(jī)上的設(shè)備采用液冷的散熱方式，用20千瓦左右的直流電源驅(qū)動(dòng)。機(jī)身下方有一個(gè)直徑約為5.5米的圓盤(pán)，負(fù)責(zé)將地面基站傳來(lái)的高速數(shù)據(jù)信號(hào)反射到您的計(jì)算機(jī)上。

HALO網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的每座城市都將配備三架有人駕駛的“海神”飛機(jī)。每架飛機(jī)將分別飛行八小時(shí)，然后由另一架接替。Angel Technologies的首席執(zhí)行官馬克·阿諾德稱公司已經(jīng)確認(rèn)美國(guó)境內(nèi)目前共有3,500個(gè)機(jī)場(chǎng)可滿足HALO的運(yùn)行需求。“海神”飛機(jī)起飛后，將攀升到安全的海拔高度（以不受惡劣天氣或商用飛機(jī)的影響），然后在城市上空盤(pán)旋，盤(pán)旋一周的距離為13公里。每架飛機(jī)將配備兩名飛行員，他們將在八小時(shí)的飛行時(shí)間里輪流駕駛飛機(jī)。

Sky Station小型飛艇

Sky Station International公司則希望借助小型飛艇，在高空高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)中擊敗Angel Technologies。Sky Station將其小型飛艇稱為比空氣還輕的平臺(tái)，并計(jì)劃將這類飛艇部署在全球至少250座城市上空，每座城市各部署一艘。每個(gè)空中基站都將漂浮在海拔21公里的高空，為面積約為1.9萬(wàn)平方公里的區(qū)域提供無(wú)線服務(wù)。

每艘小型飛艇都將配備電信設(shè)備，以提供無(wú)線寬帶連接。這類小型飛艇的最大載重量可達(dá)約1,000公斤。Sky Station認(rèn)為他們能夠在2002年之前部署第一艘小型飛艇。每艘飛艇的使用壽命約為5至10年。該公司稱其用戶終端設(shè)備將能提供2-10兆比特/秒（Mbps）的寬帶連接。

太陽(yáng)神飛機(jī)

為了進(jìn)軍高空飛行互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）也參與研究了一套由AeroVironment公司開(kāi)發(fā)的很有潛力的空中互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。它們正在共同研制一種能在城市上空1.8萬(wàn)米高空持續(xù)飛行六個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間的輕型太陽(yáng)能飛機(jī)。AeroVironment公司計(jì)劃將這種無(wú)人駕駛的飛機(jī)作為提供寬帶網(wǎng)絡(luò)接入的運(yùn)載工具。

“太陽(yáng)神”飛機(jī)（Helios）目前正處于原型機(jī)階段，仍需進(jìn)行大量的測(cè)試工作以達(dá)到AeroVironment的電信系統(tǒng)所要求的耐久性級(jí)別要求。AeroVironment計(jì)劃將在獲得項(xiàng)目資金后的三年內(nèi)推出他們的系統(tǒng)。系統(tǒng)啟用后，一架在1.8萬(wàn)米高空飛行的“太陽(yáng)神”飛機(jī)將可覆蓋直徑約64公里的服務(wù)區(qū)域。

“太陽(yáng)神”原型機(jī)是由碳纖維、石墨環(huán)氧樹(shù)脂、Kevlar纖維和泡沫聚苯乙烯等材料建造的，機(jī)身覆有一層很薄的透明覆蓋層。支撐機(jī)翼的主要支柱是由碳纖維制成的，其頂端比底端略粗，這樣有利于減小飛行過(guò)程中機(jī)翼不斷產(chǎn)生的彎曲力。翼肋是由環(huán)氧樹(shù)脂和碳纖維制成的。機(jī)翼前緣是由泡沫聚苯乙烯制成的，整個(gè)機(jī)翼都包裹著一層光亮的塑料薄膜。

這種完全由機(jī)翼組成的飛機(jī)被分為六段，每段長(zhǎng)度為12.5米。每段機(jī)翼下方均連接著一個(gè)攜帶有著陸裝置的吊艙。這些吊艙中還裝有電池、飛行控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)儀表。用于AeroVironment電信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集線器也可能會(huì)安裝在此處。

空中互聯(lián)網(wǎng)很有可能會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)大面積投入使用。當(dāng)這些飛機(jī)和飛艇開(kāi)始在高空盤(pán)旋時(shí)，我們將擁有另一種可供選擇的網(wǎng)絡(luò)連接方式。屆時(shí)，即使我們所在的地區(qū)仍存在“最后一公里”的問(wèn)題，但下載我們急需的大型商業(yè)文件或者喜歡的大型娛樂(lè)文件也將會(huì)輕而易舉。