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中科院院士尹浩关于天基物联网分析报告!

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-25  浏览次数:40
核心提示:  在2017中国物联网大会上,中国科学院院士尹浩发表了题为发展国家天基信息网络,构建天基物联网的专业报告。尹浩院士在报告中
   在2017中国物联网大会上,中国科学院院士尹浩发表了题为“发展国家天基信息网络,构建天基物联网”的专业报告。尹浩院士在报告中指出了天基物联网目前面临的机遇和挑战,并对中国物联网产业发展进行了展望。下面是尹浩院士的报告内容:

  定义天基信息网络

  我们首先看一下天基信息网络的定义,是以不同轨道(当然这些轨道包括高轨、中轨、低轨,多种卫星系统),并将要构筑网络化、支撑物联网的,所以有通信卫星、导航定位微型、遥感微型、气象卫星。连通各类陆、海、空基的信息系统和应用终端,有机构成一个分布式,天地一体的综合信息网络。

  首先,天基的地位作用非常重要,我们认为他是国家信息时代的战略性的公共信息技术设施。天基站得高,看得远,很便于实现全球的移动覆盖,贯穿海洋远边疆、太空高边疆、网络新边疆,彰显航天实力,提升国际地位,履行大国责任的重要标志。

  今年是第八届中国物联网大会,实际上物联网的关键是物端,现在要新一轮的数字化转型或者革命,我们连接的物端必须要数字化,明年中国数字大会要永久落户福建,所以数字化是物联网的一个基础,是各行各业智能化的基础,围绕这一轮的物联网建设热潮已经展开。把物理世界和数字世界,通过物联网走向一种吻合或者一种融合,建设一种映射的环境,才能实现万物互联,才能用我们的程序和智能的手段去控制它,改变我们的社会。所以说万物控制一定是我们业界,也是物联网从业人员面临的下一个挑战。

  美国近期公布了《2016-2045年新兴科技趋势报告》,报告的总结是在32份科技趋势研究报告基础上提炼形成。我要说的是排名第一位的是物联网技术。我国制定物联网发展的规划,是由工信部牵头制定,也就是十三五发展规划。规划当中明确了十三五国家物联网的建设目标,是要在总体上建设一个泛在化安全的基本成型的物联网体系,这个目标比较客观,也存在诸多的挑战。

  在这个体系上,我们如何构架好这个体系,顶层设计就很重要,首先第一个要有三大支撑体系,要有标准规范的体系,要有安全保障体系,要有碎片化体系。另外这个体系是一个大的环境,要有运维保障体系。然后还要实现四个融合,首先要网络融合。刚才邬院士介绍了各种各样的端融合,现在上网有三种方式,一种是无线,一种是有线,一种是蜂窝,例如到到会场后wifi的连接。再者是数据融合,流程的融合,跟行业应用,各种应用的流程,最后是面向各种服务的融合。

  实际上这里的网络连接是一个基础,网络是接入,是基础。物联网的接入技术实际上很多,比如有线,比如光纤、以太网等等,当然还有更多无线的连接技术,有短距离和长距离,有授权的,要花钱买的,还有非授权。在广域里头授权有一类就是我今天要讲的天基。

  天基信息网络与物联网技术相结合

  切到报告主题,我们将天基信息网络与物联网技术相结合构建天基物联网。充分应用卫星通信实现全球无缝覆盖,无缝覆盖受自然环境的影响小,因为技术转发点在天上,所以抢救黄金期72小时。实际上卫星通信发挥了很大的作用,当然也有限制,在屋里就不行。当时摩托罗拉的广告就体现了这一点:“只要有天空,我就有依靠”。卫星通信与地面蜂窝移动通信系统,通过互联网形成优势互补来面向物联信息的传输,构建天空一体化的网络环境。

  按照通常的物联网的体系功能框架,主体上可以分为三层,一个是感知层,还有一个应用层。在感知层上,跟地面有所不同的是有大量的空中的卫星,比如说我们的遥感,我们的气象,就是空中平台把我们气象的信息,把我们地理环境的信息感知下来,让我们通过网络发给各个行业的用户。当然还可以把地面上一些传感器的数据采集上来,所以它的感知网络既有卫星平台的,也有地面,不管是卫星平台感知系统,还是地面,都通过中间的网络层的通信卫星把它纳入到各行各业的应用。

  从应用的角度来讲,大家知道我们地球上接近70%多是海洋水域,我们的网络在海洋、森林、矿产等领域(包括深海、远海的海洋监测管理,海上浮标、海上救生等)上是行不通的,需要天基物联网进行采集管理。在互联网覆盖不了的情况下,天基物联网可以发挥作用。我们国家的战略“一带一路”,标志着我们要走出去,将“一带一路”建设成和平之路、繁荣之路、开放之路、创新之路,做到更好的服务。

  再举个例子,比如说传感器采集,我们采集油气管道的监控,如果所有基站都分布,那么成本太大,我们可以把所有管道数据通过这个卫星采集下来以后再去用。整个天基信息网络也在不断地发展,就像地面蜂窝一样,每隔十年发展一代,2020年将是5G的元年。天基信息网络发展趋势简单归纳为六个方面。首先它的容量快速增大,速率显著提高。还有高中低轨混合组网,全球无缝覆盖。另外,天地网络要深度融合,刚才说了一种手段不能够包揽天下,不能够优势互补。另外系统的服务不断拓展,成本明显降低。还有微小卫星、模块化卫星成为发展热点。

  国家也将这方面作为重点,现在的建设也在如火如荼的规划当中。首先国家计划当中就有很多大家都知道的计划,一个是列入6+9的国家科技计划专项天基信息网络重大工程,还有民用空间信息基础设施、一带一路空间信息走廊。国企中有两大集团,航天科技的鸿雁系统,航天科工的行云工程;另外民企,大学科研机构等等在这方面都有项目。

  整个网络的思路,现在就是天基组网,他形成了总体发展思路。天基组网,构成空间多层组网,发挥高、远、广的突出优势。还有开放互联、自主创新。目标是实现全球覆盖、随遇接入、按需覆盖的信息网络。

  天基信息网络发展面临的挑战

  首先是频率轨位资源严重紧缺。刚才谈到了地面蜂窝我们是授权平台,这个平台是各个区域性的组织,比如说我们国家工信部,他负责无线电管理委员会确定在中国大陆区域内所有的2G、3G、4G,包括下一步5G用在什么样的频段。所以正如大家知道的一个手机有多个频段,那都是各个国家接入频段,有的一样,有的不一样。卫星不一样,是全球覆盖,所以要在国际电联申请。我们国家在电联网频段有434个,排在第四,数量也还可以。静止轨道也是排在第四。但是这只是网络资料,你申报并不代表你有优先权。

  我们具体看一下频段,C和Ku非常紧张,因为往下的时候就互相交织,像网络一样,虽然广播特性是好,但是必须有序。Ka目前是一个热点,它带宽越高,资源越充分,而且各国的卫星都在往Ka上申报,由此看来,现在我们国家具有协调地位的卫星网络只有109个,将来可能要面临无轨位,这个是非常严峻的问题。再加上低轨,它的传输延时小、波束速率高。Ku频段都是几百颗和上千颗卫星,这是高速无人驾驶的,一碰撞以后有成千上万个垃圾碎片,对整个太空有很大的污染。这是轨道设计很重要的方面,包括星座轨道设计,因为时间关系就不展开了。

  要解决以上问题,首先要提前谋划轨位,拓展轨位资源,抓好新轨位与频率资源申报和抢占工作。但是在这方面国内提了那么多解决方案,实际上没有真正可行的频率解决方案。其次可以让一些轨位,采用共轨的技术。最后是加强统筹,科学梳理,确保天基信息网络用频安全。我们天空1号和地面挨得很近,所以干扰问题很严重。当然我们也有相应的传输协议,还有星载技术。整个构建的时候要构建分布式星群的自主动态组成技术,基于分布式卫星协同技术。面向物联网,或者说的是遥感卫星,采集到的数据能够进行分布式处理再往下传,对我们传输的压力就比较小。所以空间分布式计算与联合处理技术显得比较重要了。

  最后一个问题是自主可控发展基础薄弱。我们地面的工业物联网在地面占比是非常薄弱的,我们天上这一块更加薄弱。首先天上高端的都是引进产品,美国早在上世纪就对所有的卫星和部件在协议里头都明确下来,包括行波管放大器等等,都是航天的应用。再一个引进产品安全法无法保证。国内这方面,核心元器件、基础软件研发生产能力弱。整个航天体系我个人认为发展自主创新不够。整个产业联盟跟地面相比还是一个小众市场,所以形成产业链更加困难,断链运行、导致自助化进程艰难前行。我国航天体系国产自主产业生态环境总体来讲非常脆弱。

  天基物联网问题的应对措施

  面对诸多问题,我们首先要发展战略,加强基本建设,打破这种封锁。第二个科学制定框架路线,第三个从技术创新和产品研发两方面来推动,突破一些核心技术,特别是一些前沿技术。

  我国至今还没有一个覆盖全球信息网络,这对中国网络大国、网络强国地位,我个人认为是不相称的。抓住新一轮数字革命、万物互联的发展机遇期,基于自主打造的全球天基信息网络,来构建天基物联网,来支撑国家“一带一路”发展战略的实施。“一带一路”战略建设成为和平之路、繁荣之路、开放之路、创新之路。远景很美好,任重道远。

 
 
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