IoT上天，低轨卫星也要参一脚物联网通信？

今年8月，SpaceX收购了一家太空通信初创公司Swarm。以SpaceX的体量来看，Swarm还不够塞牙缝的，该公司目前投入运作的只有120颗面包大小的微型卫星，还有一个基于地面站的网络。在外人看来，SpaceX只不过是多了另外的卫星组合罢了，然而这家成立19年的龙头太空公司收获的还有FCC频段的授权以及面向物联网的组网能力。
 
为物联网接入卫星通信
 
虽然同样是搭建卫星通信网络，但与SpaceX星链计划面向流媒体、网页浏览和游戏的目标不同，Swarm的卫星乃是面向低带宽的物联网市场。Swarm的目标是实现卫星全球覆盖，不管在哪个地点，都有至少3台卫星提供服务。在完成了明年的发射目标后，Swarm预计将在轨卫星数将达到150个。

Swarm Tile / Swarm
 
除了卫星发射外，Swarm也有专用的卫星通信模组和地面基站建设。就拿其推出的模组Swarm Tile来说，该模组内置GPS模块，可以嵌入到IoT设备中，而且很容易与新的或是已有的PCB设计整合。据Swarm的说法，这套模组非常适用于资产跟踪、转发传感器数据以及工业级IoT应用。
 
模组虽小，但也不便宜，一块Swarm Tile的售价就要119美元，而且还要支付每月5美元的数据服务费用。这5美元的数据服务费包括750份数据包，每个数据包的大小不得超过192字节。单靠这一模组自然无法实现与卫星通信，因此购买该模组也会附赠甚高频（VHF）天线。
 
Swarm Tile内部结构 / Swarm
 
该模组以148-150.05MHz的频率发送数据，速率为1kbps，最大延迟小于1分钟。除了GPS和VHF外，该模组选用了一块ARM Cortex-M4作为处理器，并拥有三种电源模式。睡眠模式下，最大电流仅有22 22 μA，接收模式下最大电流为35mA，只有在发射模式下才会达到939mA。Swarm还提供了Buck-Boost的太阳能充电设计，方便为物联网设备持续供电。
 
那么Swarm建立的物联网连接究竟是如何进行数据传输的呢？首先用户的设备数据传输给Swarm Tile，然后再由Swarm的自主协议传输给卫星，每个Tile最多可以存储2000个未发送的用户信息。接着卫星将用户信息发送给地面基站，如果卫星覆盖范围内存在地面基站的话，这些信息会即刻被发送出去，否则会存储在卫星上直到有一个地面基站出现在覆盖范围内，每个卫星最多可以存储4000条用户信息。最后地面基站将信息转发给Swarm的云服务器，然后通过接口等方式发送给用户的手机app、电脑或邮件。
 
要想开启卫星物联网，先搞定通信频段
 
其次就是FCC授权的频段了，在完成收购后时，Swarm也将在137-138MHz与148-150.05MHz下开展服务的授权一并转移给了SpaceX。对于太空通信业务来说，频段是至关重要的，如果运营区域并没有授予频段授权，那么一切通信活动都是非法的，而Swarm更是早前在这上面翻了个跟头。

SpaceBEE卫星 / Swarm
 
2017年，Swarm向FCC申请卫星发射与运营的请求被拒绝，原因是他们的SpaceBEE卫星实在太小了。100mm x 100mm x 28mm大小的卫星可以说是最小的商用卫星了，FCC担心这么小的体积无法被美国太空监视网络实时跟踪。
 
然而Swarm却转而用印度的PSLV运载火箭发射了卫星，最终被FCC在2018年3月发现，彼时卫星已经与佐治亚州的地面站进行了一周以上的“非法通信”。为此，FCC对Swarm处以了90万美元的罚款。
 
不过，Swarm在缴纳了罚金之后，在2018年8月获得了FCC的许可，重新激活了这些卫星，并强调这些卫星绝对可以追踪。虽然依然小巧，但Swarm的SpaceBEE也稍微增加了一点体积，改成了110mm x 110mm x 28mm。
 
结语
 
其实这次SpaceX收购Swarm也并非毫无预兆，星链计划欲覆盖全球供网，自然也少不了低带宽的物联网通信。何况Swarm的前几次发射中，也用到了SpaceX的猎鹰火箭，SpaceX必然也看到了Swarm在卫星物联网上的潜力。
 
从目前的应用来看，日常的IoT设备在蓝牙、Wi-Fi等无线连接下已经自给自足，只有一些海事、能源和农业等需要大范围覆盖的物联网才要用到卫星通信。我国在建的天启卫星物联网系统也起着相同的作用，补充地面通信网络的盲区。当下大部分物联网卫星和应用继承了地面IoT低功耗的特性，但地面的应用瞬息万变，在没有实现全球覆盖和低延迟传输之前，以低轨卫星来做物联网还是很难保证实时性。