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□本报记者 刘荣荣 如今在生活中，WiFi越来越成为人们交流、工作的基础需要，很多人也都有过这样的想法——要是有一张无时不在、无处不在的WiFi网就好了。这个想法或许在不远的将来就可以实现。 近日，谷歌公司开始在斯里兰卡测试热气球上网计划，Facebook公司则将在今年试飞太阳能互联网无人机……一场围绕建设全球WiFi的太空互联网大战已经打响。 天网诱人：从卫星、无人机到热气球 这是一个让40亿人上网的故事——目前，地球上还有这么多人无法享受高速互联网带来的便利。 将他们拒之网外的是高昂的基础设施建设费用。“以光纤网络为例，电信运营商在城市中修建数十公里光纤，可以满足成千上万用户接入网络的需求，但在低人口密度的偏远地区，即便修了上百公里，覆盖地域内的用户也寥寥无几，巨额的设备投资让运营商们望而却步。”省科学院应用数学研究所研究员、副所长成彬说，在那些地广人稀的地方，由于缺乏规模效应，使用网络是一件非常“奢侈”的事情。 虽然人口密度低，但人口总量却不小。科技巨头们并不愿意放弃分散在“老少边穷”地域间的巨大商机，他们开始往“天上”看，试图寻找一种更便捷的方法。 SpaceX和OneWeb，前者是一家火箭公司，后者是一家新兴科技公司，这两家美国公司都把目光瞄向了卫星。 “一颗卫星可以覆盖相当大的地表面积，从理论上讲能同时向数百万人提供数据服务，而且卫星互联网业务在全球很多国家已经开展起来，只是价格非常高，带宽也有限。”成彬介绍说，现有的通信卫星一般飞行在地球同步轨道上，距离地表36000公里左右。这就带来了两个不可避免的问题，一是无线电信号强度随距离的增加而迅速下降，所以要在地面建设大功率发射机和电源才能与卫星通信；二是信号延迟问题，从地面向卫星发送一个页面请求并等待返回确认至少需要半秒钟，然后页面再沿同一路径逆向传回地面。 试验证明，同步卫星似乎难以走出“死胡同”。于是，研究人员决定降低高度，让近地轨道卫星来完成“使命”。 OneWeb计划向1200公里高的近地轨道发射648颗小型且相对简单的卫星，这个高度将能实现近似于有线接入的延迟，也不需要大功率地面天线。而SpaceX则计划发射4000颗小型卫星，向全球各地传送高速上网信号，最终可以覆盖最偏远的地区。 相比卫星，谷歌公司的计划听起来更加“疯狂”。 谷歌计划在大气平流层放飞大量热气球，每个气球都安装太阳能电池和无线电转发器，能与其他气球进行中继通信，通过这种方式来搭建一个无线网络。 新西兰小镇里斯敦的农夫查尔斯·尼莫就是第一个“吃螃蟹”的人。2013年5月，谷歌的技术人员将一个篮球大小的红色接收器安装在尼莫家中，没过多久，当一个个外形酷似水母、充满氦气的半透明热气球被放飞后，尼莫就成了世界上第一个成功接入“热气球网络”的用户。 与谷歌计划类似，Facebook公司也打算将互联网带到更多地面网络基础设施不完善的地区。只不过，他们的“道具”是无人机。Facebook计划建设一支飞行在2万米高空之上的螺旋桨太阳能无人机群，无人机之间使用激光进行通信和中继数据，从而为覆盖的地面用户提供互联网接入。 难题待解：成本、寿命、稳定性 “全球WiFi，是全球范围的研究热点，但实际上类似的计划早有先行者。上世纪90年代，比尔·盖茨和‘蜂窝电话之父’麦克维就提出了一个野心勃勃的想法——发射840颗卫星以提供互联网服务。然而，由于成本过高和遭遇技术难题，这一耗资超过90亿美元的项目于2002年被中止。在那时，至少有五个类似的计划被提出，但无一例外均宣告失败。”成彬分析说，能否突破技术瓶颈和降低成本是决定成败的关键。 “先来看看卫星。虽然近地轨道卫星能提供更低的延迟，但操作起来也更复杂。”成彬说，近地卫星与同步卫星不一样，会与地面产生相对移动，所以需要数百颗卫星才能覆盖全球。 “举个例子，当一个卫星消失在地平线上时，地面天线要快速转向另一颗卫星建立连接，这有点像手机在基站群中漫游，而要实现这个功能需要进行很多棘手的信号处理。”成彬指出，WiFi标准设计初衷是适用短距离、相对静止状态下的室内高速无线通信，如果在低轨卫星和普通手机终端之间直接进行星地通信，就必须对手机终端发射功率进行精心设计，目前还很难满足WiFi标准所支持的最低通信速率要求。 成彬认为，以目前技术而言，要在通信天线和芯片变得足够成熟后，卫星WiFi系统才有望实现。 除了技术瓶颈，制造卫星的高昂成本也让很多业内人士“捏把汗”，SpaceX和OneWeb也为此绞尽脑汁。为进一步降低卫星成本，OneWeb将其单颗卫星的制造费用压缩至35万美元左右，SpaceX甚至考虑建立一家卫星制造工厂，计划每颗卫星重量不到250磅，约为目前最小的商用通信卫星的一半。 再来说说尼莫大叔家的热气球。 沿袭当地农夫的传统，尼莫上网后的第一件事，就是打开网络查询天气，以决定当天是否该给绵羊剪毛。尽管热气球仅在尼莫家上空停留了15分钟，但他还是异常兴奋，“这个项目可能改变许多新西兰人的生活。” 看似不错的用户体验，背后仍有隐忧。飞行中的气球如何控制高度、保持“联系”？成彬解释说，尽管气球没有无人机上的发动机，但这并不意味着无法操控。“谷歌把飞行问题转化成计算机问题，风是从不同方向、以不同速度、在平流层不同层面中吹过。随着气球内部小气囊的膨胀与放空，它们可以下降或上升以寻找到风力，这些风可以将它们送到想要到达的地方。同时，一个不断更新的计算机模型会保持每个气球的飞行路线，引导它们在世界各地飞行，从而把覆盖漏洞降到最低。”成彬说。 此外，备受外界质疑的还有气球的寿命问题。谷歌方面宣称，使用的气球由高强度材料制成，内部充着氦气，每个气球能在平流层中飘浮100天，在飞行过程中为直径40公里的区域提供无线服务，一个气球就能覆盖整个香港的面积。此外，每个气球都配备了降落伞，当一个气球结束任期后，会沿着指定方向在指定地点软着陆，回收的气球还可以再利用。 “相比发射通信卫星，热气球最大的优势就是价格低廉。但坦白讲，无人机和气球还有一个共性问题，在时速达到100英里的平流层风面前，这两者都没有很好的抵御能力，这也是亟需克服的问题。”成彬说。 箭在弦上：商用天基WiFi将启动 全球WiFi的美好愿景能否实现，来自监管部门的批准也至关重要。 “Facebook必须和那些严格限制无人机的国家的政府监管部门展开谈判。卫星在寿命终结后必须得到妥善处置，无论是上升到稳定轨道还是下降入大气层烧毁。而谷歌则需要建设一个能放飞和回收数百个气球的基础设施。”成彬说，此外，无人机和气球也可能坠毁，所以必须制定安全法规把这些风险降低到可接受的程度。同时，开放的网络时代如若到来，随之而来的信息安全问题也不容忽视。 然而，重重困难并未阻碍科技巨头们探索的脚步。 近日，又一个谷歌热气球在斯里兰卡升空，效果良好。与尼莫大叔家那个试验气球不同，此次升空的热气球是谷歌有望实现商用的热气球网络中的一员。当地政府希望继续推广，最终覆盖斯里兰卡全境。借助热气球，谷歌希望开发下一个10亿用户。 无独有偶，Facebook表示今年将试飞太阳能互联网无人机，未来1年向运营商推广，OneWeb计划在2019年开展业务。 事实上，不管是谁，任何一个项目获得成功，都可能让无所不在的全球WiFi成为现实。 而有“钢铁侠”之称的SpaceX首席执行官马斯克还有更大的野心：“我们希望打造一个比迄今人们谈论过的任何网络都要庞大的全球通信系统。”他甚至希望，未来当人类登陆火星时，这项技术可以使互联网服务覆盖火星，服务于未来的火星移民。 当然，对于普通人来说，全球WiFi将带来一些更实用的便利。例如，越洋飞行将所有数据上传至卫星太贵，航班只向地面塔台发送位置信息，而太空互联网的架设将增加实时监控航班位置的可能，有望避免飞机失联事件发生。此外，最重要的是，无论你身处陆地还是海洋，再也不用为了没有WiFi信号发愁了。 |
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