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气球和无人机有可能实现全球互联吗?

时间:2014-11-10 整理:docExcel.net

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  今年早些时候,达沃斯世界经济论坛发布报告说,通讯技术愈加发达的当今社会,反而加剧了缺少网络覆盖的偏远地区与发达社会间的差距。

  最近 Google 和 Facebook 两个巨头公司的均发起了相关项目,Google Project Loon,和 Mark Zuckerberg 成立的 Internet.org 组织,致力于借助空中网络基站为世界上网络不畅的偏远地区提供互联网服务。

  Project Loon 计划通过热气球给偏远地区提供互联网接入服务。人们通过使用安置于家中建筑物上的特制网络天线,让信号从天线发射到热气球,再由气球返回数据传送进入全球因特网中。Internet.org 也是使用类似的方法,唯一的不同就是,计划利用无人机作为传输媒介。

  搭建空中全无线网络的优点是显而易见的,成本低廉,不会遭到人为破坏,不用耗费大量的人力财力物力搭建基础设施。但是诸如此类的全无线网络,究竟只是宣传的噱头,还是能够真正实现帮助网络欠发达地区的目的呢?

  空中全无线网络的工作原理  

  虽然说全无线网络看上去像有些异想天开,但是技术概念的缘起并不是空穴来风。多年前,一个拥有顶尖航天工程师、光学专家、计算机科学家的工程团队,成功为美国军方搭建了宽带无线网络。该网络能够支持 200km 内的飞机与地面卫星基站的数据传输,同时速度保持在 10 Gbps 到 80 Gbps 之间。该项技术也成为空中全无线网络传输发展的里程碑。

  虽然说 Project Loon 的空中热气球基站和 Internet.org 的无人机并不需要实现像上述军事网络一般的强大功能。但是不可否认的是,这些项目仍然面临着重大挑战,如何在空中搭建稳定的无线网络?如何保证网络能够辐射并适用于偏远地区?

  困难1:在长距离传输中保持稳定的高带宽

  首先,Project Loon 和 Internet.org 面临的最棘手问题是,如何选择最匹配合适的无线网络技术,将热气球或者是无人机同地面网络基站相连接。

  偏远地区用户的通信数据将会在空中平台聚合,接着从这里出发,数据将被传送至下一个覆盖更远距离的热气球或者是无人机,最后再与地面上的基站连接。现今,能够实现该功能的无线网络技术相当有限,并且需要借助微波、毫米波或者 FSO(自由空间光通讯系统)的支持。

  此外,这几种方法都有着各自的局限:微波相对拥有较低的电容量;而毫米波和 FSO 经常会受到天气的影响(毫米波在阴雨天气不能正常工作,FSO 的性能会被尘雾影响)。

  在军事研究中,被用做外太空成像的自适应光技术,通常被用来改进优化 FSO 技术。该系统内的自适应光一般是小透镜形状的弯曲镜子,并且每秒改变数千次自身形状来补偿大气闪烁。(大气闪烁是指,由于大气折射率起伏的影响,传输光束的波前将随机起伏,引起光束抖动、强度起伏闪烁、光束扩展和像点抖动,导致数据传输出错)

  困难2:维持可靠性强的网络环境

  如何在天气多变的情况下保证无线数据传输信号优良、不丢包,将会是项目的另一个挑战。电信工业的研究员们已经尝试了一系列不同的方法,来优化无线网络技术的正常运行时间。

  研究员们发现,最有效的方法就是将两个无线网络传播媒介相结合(例如光和毫米波),二者能补偿对方的缺点,并且不干涉彼此的信号。对比与那些采用一种信号当作基础主力,另一种信号作为后备支持的无线通讯系统,基于这种设置的网络,两种信号的功能需要处于完全相同的位置,以保证即便是在长距离传输中,能够提供光纤级别的网络传输速度、质量和可靠性。

  困难3:解决空中基站位移的问题

  另一个问题就是空中基站的位置偏移——即便是相对固定的热气球也不能保持完全静止,仍然会产生偏离原始基点的情况。虽然说这个问题看上去并不是技术上的什么难事,但实际确是困扰无线通讯甚至是军事应用的重大问题。

  当今许多高容量的无线网络数据传输通常是窄电子束。为了配合空中平台,数据传播媒介必须能保持每个收发器之间持续性的数据连接,传播距离越远,实现的困难性越大。

  Project Loon 和 Internet.org 的网络传播距离至少都需要在几英里以上。举个具体的例子来说明系统能承受的误差幅度究竟是有多么小。如果说两个无线收发器之间间隔 5 英里,其中一个偏离正常位置仅仅只有1°,最后信号到达的目标位置将会比初始位置偏移将近 500 英尺。基站间的距离越远,容差只会更小。

  现在 Google Loon 和 Internet.org 实现的测试版本,仅仅只能为偏远地区提供不稳定的网络供给。用于传输数据的无线系统需要缩减规模和成本,从技术层面来讲,该项技术能否彻底实现仍然有许多不可控的问题。Google Loon 和 Internet.org 能否打破政治和社交的障碍,为地球上的网络不发达地区打来福音,需要更多的努力来实现。