□本報(bào)記者 劉榮榮
如今在生活中，WiFi越來越成為人們交流、工作的基礎(chǔ)需要，很多人也都有過這樣的想法——要是有一張無時(shí)不在、無處不在的WiFi網(wǎng)就好了。這個(gè)想法或許在不遠(yuǎn)的將來就可以實(shí)現(xiàn)。
近日，谷歌公司開始在斯里蘭卡測試熱氣球上網(wǎng)計(jì)劃，F(xiàn)acebook公司則將在今年試飛太陽能互聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)……一場圍繞建設(shè)全球WiFi的太空互聯(lián)網(wǎng)大戰(zhàn)已經(jīng)打響。
天網(wǎng)誘人：從衛(wèi)星、無人機(jī)到熱氣球
這是一個(gè)讓40億人上網(wǎng)的故事——目前，地球上還有這么多人無法享受高速互聯(lián)網(wǎng)帶來的便利。
將他們拒之網(wǎng)外的是高昂的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用?！耙怨饫w網(wǎng)絡(luò)為例，電信運(yùn)營商在城市中修建數(shù)十公里光纖，可以滿足成千上萬用戶接入網(wǎng)絡(luò)的需求，但在低人口密度的偏遠(yuǎn)地區(qū)，即便修了上百公里，覆蓋地域內(nèi)的用戶也寥寥無幾，巨額的設(shè)備投資讓運(yùn)營商們望而卻步?！笔】茖W(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所研究員、副所長成彬說，在那些地廣人稀的地方，由于缺乏規(guī)模效應(yīng)，使用網(wǎng)絡(luò)是一件非?！吧莩蕖钡氖虑?。
雖然人口密度低，但人口總量卻不小?？萍季揞^們并不愿意放棄分散在“老少邊窮”地域間的巨大商機(jī)，他們開始往“天上”看，試圖尋找一種更便捷的方法。
SpaceX和OneWeb，前者是一家火箭公司，后者是一家新興科技公司，這兩家美國公司都把目光瞄向了衛(wèi)星。
“一顆衛(wèi)星可以覆蓋相當(dāng)大的地表面積，從理論上講能同時(shí)向數(shù)百萬人提供數(shù)據(jù)服務(wù)，而且衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)在全球很多國家已經(jīng)開展起來，只是價(jià)格非常高，帶寬也有限。”成彬介紹說，現(xiàn)有的通信衛(wèi)星一般飛行在地球同步軌道上，距離地表36000公里左右。這就帶來了兩個(gè)不可避免的問題，一是無線電信號強(qiáng)度隨距離的增加而迅速下降，所以要在地面建設(shè)大功率發(fā)射機(jī)和電源才能與衛(wèi)星通信；二是信號延遲問題，從地面向衛(wèi)星發(fā)送一個(gè)頁面請求并等待返回確認(rèn)至少需要半秒鐘，然后頁面再沿同一路徑逆向傳回地面。
試驗(yàn)證明，同步衛(wèi)星似乎難以走出“死胡同”。于是，研究人員決定降低高度，讓近地軌道衛(wèi)星來完成“使命”。
OneWeb計(jì)劃向1200公里高的近地軌道發(fā)射648顆小型且相對簡單的衛(wèi)星，這個(gè)高度將能實(shí)現(xiàn)近似于有線接入的延遲，也不需要大功率地面天線。而SpaceX則計(jì)劃發(fā)射4000顆小型衛(wèi)星，向全球各地傳送高速上網(wǎng)信號，最終可以覆蓋最偏遠(yuǎn)的地區(qū)。
相比衛(wèi)星，谷歌公司的計(jì)劃聽起來更加“瘋狂”。
谷歌計(jì)劃在大氣平流層放飛大量熱氣球，每個(gè)氣球都安裝太陽能電池和無線電轉(zhuǎn)發(fā)器，能與其他氣球進(jìn)行中繼通信，通過這種方式來搭建一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)。
新西蘭小鎮(zhèn)里斯敦的農(nóng)夫查爾斯·尼莫就是第一個(gè)“吃螃蟹”的人。2013年5月，谷歌的技術(shù)人員將一個(gè)籃球大小的紅色接收器安裝在尼莫家中，沒過多久，當(dāng)一個(gè)個(gè)外形酷似水母、充滿氦氣的半透明熱氣球被放飛后，尼莫就成了世界上第一個(gè)成功接入“熱氣球網(wǎng)絡(luò)”的用戶。
與谷歌計(jì)劃類似，F(xiàn)acebook公司也打算將互聯(lián)網(wǎng)帶到更多地面網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不完善的地區(qū)。只不過，他們的“道具”是無人機(jī)。Facebook計(jì)劃建設(shè)一支飛行在2萬米高空之上的螺旋槳太陽能無人機(jī)群，無人機(jī)之間使用激光進(jìn)行通信和中繼數(shù)據(jù)，從而為覆蓋的地面用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入。
難題待解：成本、壽命、穩(wěn)定性
“全球WiFi，是全球范圍的研究熱點(diǎn)，但實(shí)際上類似的計(jì)劃早有先行者。上世紀(jì)90年代，比爾·蓋茨和‘蜂窩電話之父’麥克維就提出了一個(gè)野心勃勃的想法——發(fā)射840顆衛(wèi)星以提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。然而，由于成本過高和遭遇技術(shù)難題，這一耗資超過90億美元的項(xiàng)目于2002年被中止。在那時(shí)，至少有五個(gè)類似的計(jì)劃被提出，但無一例外均宣告失敗?！背杀蚍治稣f，能否突破技術(shù)瓶頸和降低成本是決定成敗的關(guān)鍵。
“先來看看衛(wèi)星。雖然近地軌道衛(wèi)星能提供更低的延遲，但操作起來也更復(fù)雜?！背杀蛘f，近地衛(wèi)星與同步衛(wèi)星不一樣，會(huì)與地面產(chǎn)生相對移動(dòng)，所以需要數(shù)百顆衛(wèi)星才能覆蓋全球。
“舉個(gè)例子，當(dāng)一個(gè)衛(wèi)星消失在地平線上時(shí)，地面天線要快速轉(zhuǎn)向另一顆衛(wèi)星建立連接，這有點(diǎn)像手機(jī)在基站群中漫游，而要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能需要進(jìn)行很多棘手的信號處理?！背杀蛑赋觯琖iFi標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)初衷是適用短距離、相對靜止?fàn)顟B(tài)下的室內(nèi)高速無線通信，如果在低軌衛(wèi)星和普通手機(jī)終端之間直接進(jìn)行星地通信，就必須對手機(jī)終端發(fā)射功率進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，目前還很難滿足WiFi標(biāo)準(zhǔn)所支持的最低通信速率要求。
成彬認(rèn)為，以目前技術(shù)而言，要在通信天線和芯片變得足夠成熟后，衛(wèi)星WiFi系統(tǒng)才有望實(shí)現(xiàn)。
除了技術(shù)瓶頸，制造衛(wèi)星的高昂成本也讓很多業(yè)內(nèi)人士“捏把汗”，SpaceX和OneWeb也為此絞盡腦汁。為進(jìn)一步降低衛(wèi)星成本，OneWeb將其單顆衛(wèi)星的制造費(fèi)用壓縮至35萬美元左右，SpaceX甚至考慮建立一家衛(wèi)星制造工廠，計(jì)劃每顆衛(wèi)星重量不到250磅，約為目前最小的商用通信衛(wèi)星的一半。
再來說說尼莫大叔家的熱氣球。
沿襲當(dāng)?shù)剞r(nóng)夫的傳統(tǒng)，尼莫上網(wǎng)后的第一件事，就是打開網(wǎng)絡(luò)查詢天氣，以決定當(dāng)天是否該給綿羊剪毛。盡管熱氣球僅在尼莫家上空停留了15分鐘，但他還是異常興奮，“這個(gè)項(xiàng)目可能改變許多新西蘭人的生活?！?/p>
看似不錯(cuò)的用戶體驗(yàn)，背后仍有隱憂。飛行中的氣球如何控制高度、保持“聯(lián)系”？成彬解釋說，盡管氣球沒有無人機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)，但這并不意味著無法操控。“谷歌把飛行問題轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)問題，風(fēng)是從不同方向、以不同速度、在平流層不同層面中吹過。隨著氣球內(nèi)部小氣囊的膨脹與放空，它們可以下降或上升以尋找到風(fēng)力，這些風(fēng)可以將它們送到想要到達(dá)的地方。同時(shí)，一個(gè)不斷更新的計(jì)算機(jī)模型會(huì)保持每個(gè)氣球的飛行路線，引導(dǎo)它們在世界各地飛行，從而把覆蓋漏洞降到最低。”成彬說。
此外，備受外界質(zhì)疑的還有氣球的壽命問題。谷歌方面宣稱，使用的氣球由高強(qiáng)度材料制成，內(nèi)部充著氦氣，每個(gè)氣球能在平流層中飄浮100天，在飛行過程中為直徑40公里的區(qū)域提供無線服務(wù)，一個(gè)氣球就能覆蓋整個(gè)香港的面積。此外，每個(gè)氣球都配備了降落傘，當(dāng)一個(gè)氣球結(jié)束任期后，會(huì)沿著指定方向在指定地點(diǎn)軟著陸，回收的氣球還可以再利用。
“相比發(fā)射通信衛(wèi)星，熱氣球最大的優(yōu)勢就是價(jià)格低廉。但坦白講，無人機(jī)和氣球還有一個(gè)共性問題，在時(shí)速達(dá)到100英里的平流層風(fēng)面前，這兩者都沒有很好的抵御能力，這也是亟需克服的問題。”成彬說。
箭在弦上：商用天基WiFi將啟動(dòng)
全球WiFi的美好愿景能否實(shí)現(xiàn)，來自監(jiān)管部門的批準(zhǔn)也至關(guān)重要。
“Facebook必須和那些嚴(yán)格限制無人機(jī)的國家的政府監(jiān)管部門展開談判。衛(wèi)星在壽命終結(jié)后必須得到妥善處置，無論是上升到穩(wěn)定軌道還是下降入大氣層燒毀。而谷歌則需要建設(shè)一個(gè)能放飛和回收數(shù)百個(gè)氣球的基礎(chǔ)設(shè)施?！背杀蛘f，此外，無人機(jī)和氣球也可能墜毀，所以必須制定安全法規(guī)把這些風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的程度。同時(shí)，開放的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代如若到來，隨之而來的信息安全問題也不容忽視。
然而，重重困難并未阻礙科技巨頭們探索的腳步。
近日，又一個(gè)谷歌熱氣球在斯里蘭卡升空，效果良好。與尼莫大叔家那個(gè)試驗(yàn)氣球不同，此次升空的熱氣球是谷歌有望實(shí)現(xiàn)商用的熱氣球網(wǎng)絡(luò)中的一員。當(dāng)?shù)卣Ｍ^續(xù)推廣，最終覆蓋斯里蘭卡全境。借助熱氣球，谷歌希望開發(fā)下一個(gè)10億用戶。
無獨(dú)有偶，F(xiàn)acebook表示今年將試飛太陽能互聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)，未來1年向運(yùn)營商推廣，OneWeb計(jì)劃在2019年開展業(yè)務(wù)。
事實(shí)上，不管是誰，任何一個(gè)項(xiàng)目獲得成功，都可能讓無所不在的全球WiFi成為現(xiàn)實(shí)。
而有“鋼鐵俠”之稱的SpaceX首席執(zhí)行官馬斯克還有更大的野心：“我們希望打造一個(gè)比迄今人們談?wù)撨^的任何網(wǎng)絡(luò)都要龐大的全球通信系統(tǒng)?！彼踔料Ｍ磥懋?dāng)人類登陸火星時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)可以使互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)覆蓋火星，服務(wù)于未來的火星移民。
當(dāng)然，對于普通人來說，全球WiFi將帶來一些更實(shí)用的便利。例如，越洋飛行將所有數(shù)據(jù)上傳至衛(wèi)星太貴，航班只向地面塔臺(tái)發(fā)送位置信息，而太空互聯(lián)網(wǎng)的架設(shè)將增加實(shí)時(shí)監(jiān)控航班位置的可能，有望避免飛機(jī)失聯(lián)事件發(fā)生。此外，最重要的是，無論你身處陸地還是海洋，再也不用為了沒有WiFi信號發(fā)愁了。
