天降网络:科技巨头让“地球村”不再是梦

非洲2014年的网民比例只有19%。与多数基础设施一样,互联网在城市中最容易使用,而散落在乡村地区的很多人往往“一网难求”——就连发达国家也不例外。

天降网络:科技巨头让“地球村”成为现实

氧分子网讯 随着互联网行业的蓬勃发展,越来越多的科技企业开始制定野心勃勃的计划,希望利用气球、无人机甚至卫星向世界的每个角落发送互联网信号,让“地球村”真正成为现实。

自从互联网1990年代初走出大学校园,走入大众市场以来,这种技术已经实现了迅猛的发展。1997年,网民在全球总人口中的占比仅为2%。但到了2014年,这一比例增长到39%,全球网民总数约为30亿。但即便如此,仍有多达40亿人生活在没有互联网的世界。

这些与网络隔绝的人多数都在发展中国家,那里的网民比例只有32%,远低于富裕国家的78%。不仅如此,这组数据还掩盖了巨大的区域性差异。例如,非洲2014年的网民比例只有19%。与多数基础设施一样,互联网在城市中最容易使用,而散落在乡村地区的很多人往往“一网难求”——就连发达国家也不例外。

然而,这种情形或许即将改变。目前有4家科技公司正在追求野心勃勃的计划,希望最终为地球上的所有人提供速度快、质量好的上网服务。谷歌(微博)的法宝是在地球上空漂浮的一系列氦气球,Facebook则计划使用太阳能无人机。另外两家公司(火箭公司SpaceX和佛罗里达创业公司OneWeb)则把目光瞄准了廉价的低空卫星。借助这些“工具”向地面发送的互联网信号,当地的电信公司便可将高速3G或4G移动网络的覆盖范围扩大到偏远地区。

这种高空网络模式的确很有道理,毕竟传统的地面技术难以覆盖全球。想要为世界各地的每个角落都铺设与大城市相同的线路,需要耗费巨额资金。手机基站可以省去很多线路,但基站本身仍然需要高速骨干网的支持。正因如此,就算是富裕国家的农村地区,也远未普及高速移动网络。在贫穷国家的农村地区,这种“尖端”技术更是闻所未闻。

然而,卫星却可以看到地球的大片土地。从理论上讲,这种渠道可以一次性为数百万人提供数据。事实上,卫星上网服务已经广泛使用,但价格往往很高,带宽也很有限,数据配额通常很小。很多现有的通讯卫星都在地球同步轨道上飞行,高度约为3.6万公里,只能固定停留在某地的上方。

这便会带来两个不可避免的缺陷:随着距离的加大,无线电信号的强度会迅速衰减,所以必须借助大功率信号发射器和强大的电力供应才能与之取得联系。第二个问题则是延迟,也就是信号的拖延。一次网页请求至少需要半秒钟才能从地面传送到卫星再发回到地面,而网页本身的信号传输也需要耗费同样的时间。半秒钟听起来似乎不算长,但其速度却仅为有线网络的十分之一。“没有人敢保证能永久解决地球同步卫星的这个问题。”OneWeb创始人格雷格·维勒(GregWyler)说。

降低卫星高度

维勒的公司计划发射648颗相对简单的卫星,而且轨道高度也只有1200公里。这样一来,不仅延迟与有线宽带相似,地面的天线的功率也可以大幅降低。OneWeb将向航空和军事客户提供这项服务,还将供紧急服务和灾难救援组织使用。除此之外,该公司也计划通过与地方电信运营商的合作来吸引个人用户。

由于一颗卫星可以同时为数十个村庄提供骨干网,因此维勒希望地方运营商有能力出资在农村学校、乡村中心等地建设手机基站或互联网基站。在多数偏远地区,基站可能都是由太阳能电池板供电的。发达国家的偏远地区同样可以从中受益。

然而,尽管低轨道卫星可以实现更快的响应速度,但设计起来却更加复杂。与地球同步卫星不同,低轨道卫星距离地面较近,因此需要发射数百颗卫星才能为整个地球提供可靠的信号覆盖。当一颗卫星消失在地平线上时,地面的无线电设备需要迅速切换到另外一颗卫星,而且不能让用户察觉到。

维勒表示,要成功实现这一目标,就需要展开很多复杂的信号处理工作。直到最近几年,天线和芯片的精密程度和低廉程度才足以让这套系统成为可能。OneWeb的计划得到了高通的帮助,后者不仅开发手机芯片,而且拥有该项目所必须的技术。另外,高通也是OneWeb的早期投资者之一。

维勒并非唯一一位支持低轨道卫星方案的企业家。曾经创办PayPal、特斯拉和SpaceX等多家公司的亿万富豪伊隆·马斯克(ElonMusk)也在考虑类似的计划。他的卫星也将放飞到类似的高度,但比维勒的计划更加复杂一些。除了为偏远地区提供上网服务外,马斯克还计划为另外一个市场服务。

马斯克指出,光在宇宙空间的传输速度比在光缆中快40%,他的低轨道卫星可以提供比地面光纤更快的长距离传输速度。对于金融交易等十分看重信息时效性的行业来说,这项服务或许很有吸引力。

马斯克和维勒似乎都有足够的技术实力将自己的设想变成现实。维勒名下还有一家名叫O3B的公司,专门为石油钻井、邮轮和其他需要在偏远地区作业的企业提供卫星上网服务。OneWeb已经获得了一些珍贵的无线频谱,可以借此传输数据。(SpaceX尚未获得无线频谱,但有传言称,该公司将用激光传输数据,从而绕过这一障碍。)

马斯克是一名经验丰富的科技行业颠覆者,它的SpaceX火箭可以提供最低的发射价格,因此如果需要发射数百颗卫星,便可通过现有资源大幅降低成本。

事实上,成本将会最终决定这类项目能否成功。SpaceX和OneWeb的潜在用户都位于贫穷国家,不可能支付太高上网费用。这两家公司都希望充分利用现成的廉价零部件,尽量不使用大型卫星上那些价格昂贵的定制电子元件。规模经济也可以起到一定帮助:OneWeb认为,该公司的数百颗卫星最终的单价或许只有35万美元,整个项目的总成本约为20亿美元。马斯克的系统最终造价约为100亿美元。这两家公司还要面临Intelsat等老牌卫星运营商的竞争,后者也在积极发布更新、更强大的地球同步卫星。

除此之外,还有一些来自空中的竞争对手。Facebook连接实验室工程总监雅埃尔·马奎尔(YaelMguire)认为,卫星的效率天生就不够高:地球有70%被海洋覆盖,所以卫星有很多时间都在飞过无人居住的地区。即使是在贫穷国家,通常也可以使用最基本的上网服务:全球约有85%的人口至少可以接入2G手机网络,从而获取有限的上网服务。

无人机和气球

所以,Facebook并不准备覆盖全球,而是希望弥补现有基础设施的不足。尽管存有一些担忧,但Facebook还是在调查卫星的使用状况,而且与贫穷国家的移动运营商达成了交易,通过Internet.org应用免费为用户提供部分网站的基本访问服务。但Facebook最具野心的项目还是让一系列太阳能无人机飞到20公里或更高的高空,在这个远高于民航飞机飞行高度的空域向地面用户传送互联网信号。

这些无人机彼此之间可以通过激光展开通信,还能传输上网信号。该公司已经在英国展开试飞,他们使用的无人机由Ascenta制造,这家公司已经在2014年被Facebook斥资2000万美元收购。

由于采用太阳能供电,因此这种无人机能够一次性在空中停留数月,返回地面也只是为了维修和维护。定期返回地面可能导致网络暂时中断,这原本是一种缺陷,但实际上反而成为了优势,因为无人机将因此比卫星更容易升级——后者一旦发射,就只能一直固定在轨道上。虽然无人机的覆盖范围远低于低轨道卫星,但却可以专门飞往上网服务不足的地区。马奎尔表示,放飞无人机的成本肯定低于发射卫星的成本。

谷歌也在尝试无人机,但该公司的主要模式或许是这些企业中最为简单的。这个名为ProjectLoon的项目希望使用数千个氦气球在全球编织起一张大网。与Facebook的无人机一样,每个气球都将携带太阳能无线发射器,而且可以充当其他气球的中继。

其他公司都希望将互联网信号发送到地面的手机基站或WiFi热点,但ProjectLoon却会直接把气球变成基站,可以直接与地面的移动设备展开数据沟通。2014年2月,该项目的氦气球创造了连续飞行50天的记录。谷歌最新研制的气球甚至可以在空中停留6个月的时间。

与Facebook的无人机不同,谷歌的气球没有配备引擎。但这并不意味着无法对其进行操控。平流层的风都很有层次,因此可以通过改变高度来调整方向和速度。随时更新的电脑将时刻追踪每一个气球,指引它们围绕地球飞行,让每一个角落都能享受上网服务。

借助不同的风速,这种气球能够尽量减少在无人区的停留时间,在人口稠密地区进入风速较慢的高度,而到了海洋或沙漠上空,则进入风速较快的高度。该项目负责人麦克·卡西迪(MikeCassidy)说:“我们有30年的风速数据可以利用。”气球本身也具备风速测量功能,使得谷歌可以更加精准地控制气球的走向。谷歌还将把由此获得的风向数据分享给气象部门。

这些项目从理论上讲都非常宏大,甚至有些过于宏大。卫星项目并不新颖,早在1990年代末的互联网泡沫时期,就有几家公司规划过类似的项目,但却无一实施。然而,互联网在当今时代的重要性已经今非昔比,它早已成为了全球经济的重要组成部分。所以,人们对上网服务的渴望只会越来越强烈,从而给这类项目提供了商业基础。

规定与监管

监管政策对于这类项目的成功同样意义重大。由于某些国家的监管者严格限制无人机的使用,所以Facebook势必遭遇一些障碍。而谷歌也需要开发一套基础设施,以便在一天内发射或回收数百个气球。卫星在完成自己的使命后必须进行适当的处理,应当把它们送入固定的太空垃圾轨道还是在大气层中烧掉,同样有待考量。无人机和气球都有可能坠毁,所以必须说服监管者接受这类项目的风险。

谷歌和Facebook都拥有全世界最热门的网站,所以他们的参与吸引了很多人的关注。Facebook的Internet.org应用可以让手机用户免费上网,但仅限于某些网站,其中之一便是Facebook自己。这也令很多人担心该公司此举意在锁住用户。或许是为了缓解这一担忧,马奎尔表示,Facebook考虑允许任何人使用其无人机设计——事实上,该公司之前也曾在2011年公开过电脑服务器的设计方案。

这4家企业都很乐观,他们都相信自己最终将扩大互联网的覆盖范围,而且也都从贫穷国家的电信公司那里收到了积极的反馈。SpaceX认为,该公司的卫星将在5年内做好准备。OneWeb则计划在2019年对企业用户开放。Facebook并未明确透露具体日期,只是表示其无人机将会“很快”开始商业飞行。谷歌预计明年对气球项目展开商业试点。只要它们中有任何一家企业取得成功,那么互联网所倡导的“地球村”都将不再仅仅是一个比喻。

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