天基物联网在车联网中的应用

熊福焰，梅国涛

（青岛上合航天科技有限公司，山东 青岛 266000）

1 研究背景

万物互联，从汽车互联开始。电动汽车、自动驾驶，以及持续增长的个性化车内体验需求，是汽车行业变化的三大趋势。而互联性，即将汽车与网络、云端、其他车辆、行人、基础设施和移动服务相连接的能力，将真正定义未来汽车。借助新一代信息通信技术，提升车辆整体的智能化水平，为用户提供安全、舒适、智能化、个性化驾驶服务，同时对道路交通整体运行进行优化，提升交通控制的智能化水平，改善道路拥堵，提升道路通行效率，改变人类的出行方式[1]。

互联车辆可以理解为一台超级智能移动终端，通过集成几十甚至上百个传感器和摄像头，利用信息化网络互联，并与外界（车辆、道路、基础设施、交通控制中心、增值服务中心等）实时交互信息。信息的实时交互必须依赖于信息网络的覆盖、带宽以及时延等网络特性，其中最重要的特性是需要全球无缝覆盖的网络，以便保证车辆在全球任何地方行驶或停放均能够处于联网状态——永久在线，这样才能保证互联车辆与外界的信息交互可靠性、及时性以及可达性。车联网可以理解为未来物联网、智慧城市、“互联网+”的一个重要应用方向，同时也是5G及未来6G通信网络的最重要应用之一[2]。

图1 天基物联网应用方向

卫星物联网作为地面物联网应用场景的补充和延伸[3]，能够有效克服地面物联网的不足，并具有下列优势。一是覆盖地域广，可实现全球覆盖，传感器的布设几乎不受空间限制；二是几乎不受天气、地理条件影响，可全天时全天候工作；三是系统抗毁性强，在自然灾害、突发事件等紧急情况下依旧能够正常工作；四是易于向大范围运动目标（车辆、飞机、舰船等）提供无间断的网络连接等。此外，随着全球商业航天的发展，小卫星、卫星制造与发射成本逐步降低，且以车辆状态监测、遇险呼救为典型的车联网业务对卫星链路带宽以及实时性要求不高，进一步降低了卫星发射、星座组网以及运营成本。当前除传统卫星运营商开始在高低轨网络开展物联网业务以外，非常多的初创类企业开始进入物联网卫星业务领域。未来用于车联网业务的天基网络资源将非常丰富，成本会进一步降低，基于天基物联网的车联网信息服务应用与市场前景充满潜力。

2 天基车联网发展现状

2.1 SpaceX星链网络

马斯克的SpaceX公司于2015发布Starlink卫星网络计划，分三期建设，合计部署11 927颗卫星，目前已部署超过2 000颗，并向部分区域用户提供试商用服务[4]。未来Starlink将为特斯拉的卫星车联网服务提供面向车载用户的高速移动互联网接入与动态组网服务。目前面向车联网应用的天基网络主要提供位置、导航、高精度时钟等单向管控服务。而基于双向网络的交互应用还没有大规模应用在车联网中，主要是GEO卫星网络时延长以及终端的体积大等原因。未来随着Starlink网络建设以及终端小型化进程，将极大促进车联网行业进入一个新时代——全球车联网。基于Starlink网络，相比较4G车联网服务，车主在任何地方均可体验网络接入以及在线增值信息服务的车联网服务。从运营角度，特斯拉公司可实时监测全球车辆的运行状态以及收集车辆行驶数据，向客户提供无处不在、永久在线的安全驾驶、智能驾驶等出行服务。

2.2 车联网平台TMC

TMC（Transportation Mobility Cloud，TMC）是福特子公司Autonomic的车联云平台，也是全球最前沿的服务于车联网领域的交通出行解决方案之一，为包括汽车厂商和软件开发者在内的多方用户提供软件开发服务和解决方案，帮助提升消费者的车载互联和出行体验。整个平台将出行生态链各方连接在一起，包括车辆、公共交通、行人、城市设施以及服务提供方，致力于为人们出行体验带来革命性的改变。该公司2019年与卫星物联网公司SWARM合作，基于SWARM公司建设了150颗全球低轨物联星座，探讨将TMC服务无限延伸至全球任何角落。这种服务能力的扩展极大地提升了TMC平台的价值，让TMC平台的关键时刻远程信息和紧急救援服务不再受空间限制。TMC平台具备实现基于一个全球化网络提供无处不在、永久在线的连接服务的基本条件，无论车辆处于地球任何位置。相比较基于地面网络的车联网服务，TMC平台具备为用户提供更可靠、更安全的服务体验。

2.3 吉利云平台

吉利集团于2018年开始布局天基卫星网络，为了打造三维立体的未来出行服务体验，已规划建设全球高精定位、低轨物联双星座网络以及AI云平台。该平台是一个开放的车联网服务平台，利用多维度的卫星网络数据，可提供吉利及全球客户车辆高精度定位、车辆监测、遇险救援、车队管理、代驾和共乘管理等数据服务，提高城市交通管理的效率以及出行安全性体验。未来将能够通过使用全面连接的基础设施和车辆来监控周围环境，从而帮助AI决策用以支持安全和高度自动的驾驶。

全球车企纷纷加码布局基于天基网络的车联网服务，意味着卫星网络在车联网服务平台架构中扮演着极其重要的位置。因车辆具备大范围移动、跨区域行驶的特性，经常会处于地面网络无法覆盖的区域，故连续性、高可靠性的车联网服务必须依赖于卫星网络和地面网络的协同。除了车企重点布局车联网服务，互联网公司、网络运营商以及远程信息服务提供商也纷纷加码车联网服务。

3 天基物联网在车联网中的应用

天基物联网属于卫星网络的一种类型，面向物联网场景，提供低速、窄带以及非实时的通信服务。目前市场上具备提供全球天基物联网服务的系统主要有Orbcomm OG2、北斗全球RDSS、Inmarsat IDP、Iridium SBD，以及正在建设中的物联网星座SWARM等。表1是对不同天基资源从覆盖范围、时延、速率等方面的比较分析，低轨卫星物联网因其具有全球覆盖、终端尺寸小、功耗低等特性具有较大的应用前景。

表1 全球天基物联网运营商网络对比

基于天基物联网的网络特性，结合车联网的应用场景需求及特点，天基物联网在车联网领域的应用主要存在以下4个方向。

（1）车队管理。对企业管理者来说，如何提高车队运营效率，降低成本，实现可视化管理是车队管理的核心。基于天基物联网车队管理系统，可帮助企业实现对车辆全程位置跟踪、驾驶行为/车辆状态等数据监测以及可视化调度。相比较地面网络的车队管理系统，当车辆处于地面网络盲区或者信号中断时，车辆依旧保持在线，车辆数据实时上传。以上特征对车队管理，尤其是一些专用车辆极其重要，比如，物流车、重型机械、运输危化品车辆、拉力赛车等。通过不间断的、连续的跟踪、监测功能，有效地提升了车辆的安全性以及运营效率，进一步降低企业运营成本。

（2）遇险求救。当车辆发生重大突发事件时，支持第一时间自动或手动上报事件至救援中心，发出SOS信号，将为生命救援赢得宝贵时间。当突发事件发生在山区、沙漠等公路区域时，车辆可能处于地面网络覆盖盲区，此时基于4G/5G网络的车联网系统将无法成功发出SOS信号，将可能浪费生命救援的黄金时间。采用基于天基物联网的车联网系统，利用卫星网络全球覆盖的特性，有效提高了在紧急状况下发出求救信号的可靠性，为行车安全提供了最佳的技术保障。

（3）全生命周期管理。对于汽车制造商而言，对已售车辆实现全生命周期的管理，包括维修/保养记录、油耗、故障、辅助系统状态等关键数据。一方面有效提升用户服务体验，车辆状态可全程追溯；另一方面收集的数据支撑设计后期的车型改良的方向。当前车企对车辆核心数据的收集主要来源于品牌4S店和远程服务提供商，但由于车主可能不在品牌4S店维护，或者蜂窝网络到期后不续费等原因，导致部分车辆的数据无法及时获取。同时车辆可能存在在不同国家之间跨国使用的情况，基于蜂窝网络可能存在网络制式不兼容等问题。那么基于一个覆盖全球的卫星网络——天基物联网可以满足车辆全生命周期数据的采集和管理的要求。数据的上传通信费用无须车主承担，由对应的车企承担车辆全生命周期的卫星通道费用。若新车主需要车辆历史数据，包括油耗、维修保养记录等，车企可有偿提供此类服务。

（4）远程信息服务。基于天基物联网和定位导航系统，可向车辆提供基于位置的各种增值服务，包括行程气象预报、车辆状态、加油/充电服务以及景点等出行信息服务。

4 结束语

建设天基物联网是解决目前地面物联网覆盖范围有限这个短板的有效途径。低轨卫星互联网是一个综合型的大型网络系统，作为地面网络和卫星网络的有机结合，形成了复杂的网络拓扑结构，具备无缝的网络接入服务能力。在车联网、应急救援、交通物流、远洋航行等领域有着广泛应用。据预测，全球车联网市场规模将从2016年的226亿美元增加到2025年的996亿美元，年复合增速为17.9%。车联网是物联网领域中最具产业潜力、市场需求最明确的细分行业，近年各国政府和企业积极推动技术标准制定和产业化进程，推动车联网商业化落地。随着卫星互联网、卫星物联网等新型基础设施的大范围建设，将进一步促进车联网产业的发展，最终实现未来立体出行的愿望。