u-blox助力Astrocast实现卫星物联网通信追踪

01.背景介绍

30多年前，卫星定位技术开始应用于资产追踪应用。在地面基础设施的支持下，卫星将定位范围从局部区域扩大到全国，进而扩大到全球。

卫星定位技术的发展方兴未艾，数字通信也迅速崛起，物联网(IoT)渗透到各行各业之中，为交通、工厂、个人设备、家庭、楼宇等行业领域提供稳定可靠的通信与互联。在这些年间，为实现万物互联化，业界不断推动建立地面网络。

随着卫星定位与物联网技术的发展，许多终端设备开始配备具有精准定位能力的追踪器，并不断缩小其尺寸，从而应用到汽车业、农业、物流业等多种行业。但这些追踪器往往只能在有通信基础设施的区域中工作。

对于缺少基础设施的区域，设备需要借助微纳卫星网络进行远程通信，微纳卫星网络由成本低廉的小型卫星组成，能够与资产追踪器配合工作，执行各种远程操作，例如监测和维护海事、农业和畜牧业的资产等。

这种被称为卫星物联网的技术正日渐普及，有助于企业安全、可靠地与偏远地点的资产进行物联网卫星通信。

02.功耗困境

对于依靠卫星物联网通信的资产追踪设备，一大主要难题就是功耗，这主要取决于设备的设计，及其更新定位的频率要求。

经过一段时间的经验积累，物联网项目设计人员已在设计中采纳了必要的考虑因素，从而尽可能降低功耗。因此，即便资产追踪等物联网应用受到了各种限制，其需要的功率也远低于15年前。

为了实现超低水平的功耗，企业在设计设备时充分考量了各种策略。尽管如此，在一些无法使用电源或无法定期更换电池的偏远地区，仅凭设计考虑因素可能还不足以满足需求。

比如资产追踪设备，这类设备只需要定时更新自己的位置，而“智能计量”应用也只需要定期进行测量。人们普遍认为，这种情况下的功耗并不高，因为设备并未采用持续“追踪模式”。但与连接到地面基础设施的模块相比，直接从卫星接收信息的GNSS接收机模块的功耗要高得多。

智能仪表开启后，根据卫星信号强度的不同，仪表可能需要几十秒乃至几分钟的时间来计算定位。如此短暂的时间却会消耗掉大量的电池电量，对于部署在偏远位置的资产而言，这会造成极大的不便。

这种功耗问题是否有解决之道？为了回答这个问题，我们首先要观察通过卫星物联网通信实现的资产追踪，了解其中不可或缺的组成部分。

03.建立卫星物联网通信追踪的必要组成部分

为了建立卫星物联网通信追踪，您大致需要具备三个主要组成部分。

首先是近地轨道(LEO)卫星。近地轨道卫星在近地轨道中运行，距离地面200至2000千米之间。为了确保获得足够的通信覆盖范围和容量，近地轨道卫星与其他卫星协同工作，形成一个星座。

第二个组成部分是GNSS接收机，该模块从卫星星座中获取定位信息。

最后，基于卫星物联网通信的追踪器通过云定位服务实现低功耗、合理精度的定位服务。

我们先来讲最重要的方面，关注GNSS接收机，以及促进卫星物联网通信追踪的云定位服务。当今的GNSS接收机必须具备特定的性能以能胜任这一任务，分别是尺寸小、功耗低和适应小型天线的能力。

“u-blox MAX-M10是一款能满足所有这些要求的GNSS接收机，MAX-M10尺寸仅有100mm2，可以轻松集成至空间受限的终端设备中；MAX-M10功耗低，即便尺寸极小，GNSS定位性能也丝毫不受影响。”

最后，凭借适应小型天线的能力，这款GNSS接收机能与追踪器设备内的其他元器件在同一频率下工作，仅需一个天线，有助于缩减追踪器终端尺寸。

那么云定位服务又如何？u-blox CloudLocate服务是一款全面的解决方案，兼容包括卫星物联网在内的多种通信技术。

CloudLocate实现云端定位

在受限的物联网应用中，这对延长续航时间至关重要。

CloudLocate服务十分便于便利

第一个主要原因在于该服务的数据计算由云端分载，GNSS接收机本身并不需要计算位置。接收机对GNSS信号进行预处理，数据以12至50字节大小的数据包形式传送到云端，然后在云端计算位置。因此这里仅需用到上行链路通信，而不需要下行链路，因为CloudLocate会将位置信息传递到使用这些信息的企业云。 

CloudLocate专为每天仅需更新几次的应用场景而设计

如果设备需要合理的精度，但不需要在连续“追踪模式”下工作，比如远程追踪器，这种服务就是非常理想的选择。

有些资产是不断移动的，比如卡车，需要定期更新其追踪数据，但其他资产可能是静态的，比如牲畜，仅需在特定情况下追踪其位置。

相较于独立GNSS定位，CloudLocate耗电量仅为其10%，GNSS接收机不会执行耗电的定位计算，种方法只会“激活”几秒钟来预处理GNSS信号，然后就会“关闭”，因此可节省高达90%的电量。

下面我们再将注意力转到卫星物联网通信。至此为止，我们已经简要描述了建立卫星物联网通信追踪所需的一些元素。在现实环境中，这种机制还要略微复杂一些，因为其中还需要一个卫星通信模块来提供通信的基本功能。  

理想情况下，该卫星通信模块应确保双向通信，支持远程更改追踪器配置，例如数据捕获频率，支持在L-band信道上传输数据，以减少卫星转播的次数。

此外，端到端加密可保证数据传输安全无虞，L-band数据传输则有助于提高传输效率。该模块工作温度应在-20℃至70℃，电池电压应该较低，比如3.3V，峰值电流约为80mA。Astronode S卫星通信模块满足以上所有功能特点。

04.Astrocast与u-blox携手共进 

由Astrocast开发的物联网资产追踪器的工作原理相对简单。

首先，u-blox超低功耗GNSS接收机MAX-M10收集数据。

随后，Astronode S模块将这些数据传输到Astrocast卫星星座，进而传输到其云平台，该平台处理RAW GNSS数据，并通过API（应用程序编程接口）将其发送到u-blox CloudLocate，最后将这些数据转换为有意义的定位信息。

此过程显著降低了功耗，相较于冷启动后30秒的传统独立GNSS定位，节能多达90%。凭借这种大幅度节能机制，即使内置小尺寸电池的追踪器仍可工作数月。

u-blox(M10+Cloud Locate)与Astrocast的合作极大地提高了电池效率，使得以电池供电的物联网设备得以将GNSS技术与低带宽、远距离卫星通信相结合。

05.相互兼容

Astronode S与M10(L1)在相同的频率范围中工作，因此使用一个天线就能与Astrocast卫星通信并接收GNSS卫星信号，但兼容性不止于此，u-blox和Astrocast都公开了API，支持数据访问，支持将其顺畅集成到云端服务之中，易于使用。

06.结论

由于地理范围因素，卫星物联网通信市场表现出强劲增长的势头。根据物联网分析的数据，到2026年，该市场的规模将达到2017年的一倍以上，约为10亿美元。这一趋势表明，随着卫星物联网公司认识到其全球覆盖的潜力，该解决方案正在快速崛起，尤其是在仅有断续通信能力或没有通信能力的偏远区域。

在u-blox支持下，Astrocast开发出了一款尺寸小巧、安全可靠的高能效资产追踪器。GNSS接收机MAX-M10和CloudLocate专为Astrocast这样的创新解决方案而打造，符合所有相关要求，必将对这类新市场趋势产生深远影响。

审核编辑：汤梓红