所谓“物联网”，即“Internet of Things”，简称IoT，即“万物相连的互联网”，通过信息传感设备，将物体与网络相连接，通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。

“物联网”的概念最初在1999年被提出，2005年由国际电信联盟（ITU）在《ITU互联网报告2005：物联网》中正式确定，此后随着通信技术的进步，在工业、农业、环境、交通、物流、安保等领域得到了越来越多的应用，2017年成为物联网“拐点年”，即物的连接开始超越了人的连接，2021年中国物联网市场规模达1.7万亿元。

一、物联网基本概念和类型   通常，物联网业务和设备分为三类： 

1) 无需移动性，小数据量，对时延不敏感，如智能抄表;   

2) 无需移动性，大数据量（上行），需较宽频段，如城市监控摄像头;   

3) 移动性强，需执行频繁切换，小数据量，比如车队追踪管理。   

用来传输物联网信息的无线通信技术很多，可以分为两类：一类是短距离通信技术，如Zigbee、WiFi、蓝牙等；另一类是广域网通信技术，即LPWAN（Low Power Wide Area Network，低功耗广域网）。LPWA又可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术；另一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，如NB-IoT（窄带物联网）。   

重点说说NB-IoT技术。NB-IoT是在地面移动网络技术基础上，专为物联网应用而开发的无线通信技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，可直接部署在LTE网络上。以NB-IoT为代表的移动物联网技术自商用以来，凭借其大连接、广覆盖、低功耗、低成本的特点，得到了全球主流运营商和通信设备厂商的广泛支持。2020年7月，NB-IoT正式成为5G标准，被广泛应用于表计、资产跟踪、可穿戴设备以及多种传感数据采集等城市管理与行业领域。   然而，如果发生自然灾害（如洪涝、地震等）地面网络可能受到损坏从而导致业务中断，另外对于高空、地广人稀的偏远地区、农村以及海洋等场景，地面网络难以到达而无法提供连接服务。   

因此建立卫星物联网，作为地面物联网的补充和延伸，是实现物联网全球无缝覆盖的唯一手段。现有卫星物联网的发展依托高轨卫星和低轨星座，不像地面物联网有统一的3GPP标准，而是各个系统有各自不同的方案，重点解决全球覆盖，代表系统有铱星（Iridium）、Orbcomm、全球星（Globalstar）、海事卫星（Inmarsat）以及卫星VSAT业务的SCADA应用，国内近年也涌现出专用于物联网的天启星座，以及天通卫星和北斗短报文应用。   本文以国外新兴卫星物联网为例，回顾和总结了以小卫星星座为代表的新空间卫星物联网的发展之路。  二、 新空间物联网及LPGN的出现   大约7年前卫星通信市场开始出现利用低轨小卫星、提供低成本/低功耗的物联网连接的卫星物联网初创企业。这些新的卫星物联网网络（以下称为新空间物联网，new-space SatIoT）给传统卫星物联网带来直接挑战，如上述提到的Inmarsat、铱星、Orbcomm和全球星等商业卫星IoT网络，他们提供全球连接，但同时也被认为成本太高。   立方星技术的商用使新空间计划（new-space plan）成为可能，小卫星星座的建设成本得以降低，进而降低连接成本，因此新一代物联网，即低功耗（以及低成本）的全球网（Low Power Global Area Networks，即LPGAN）开始出现，LPGN的目标是通过低成本方案，服务于目前无法负担当前高昂连接成本的用户，从而获得全球物联网市场的部分市场份额。   传统卫星IoT网络的业务继续集中在需要可靠通信的海洋市场、高价值市场，如能源、水电、政府，对这些要求重要通信保障的用户来说成本不是决定性的因素。然而作为市场新进入者的新空间卫星IoT网络则致力于服务大众，提供低成本的全球物联网连接。   市场研究报告预测未来几十年将会有几千万卫星物联网设备，这吸引了更多的参与者和投资者，市场上已出现40多家卫星IoT网络。这些新空间卫星物联网系统可以分为两类，第一类是使用定制窄带协议的基于小卫星的LPGAN系统，第二类则是更新出现的、在卫星通信中应用地面协议的卫星IoT网络。

三、新空间卫星物联网
 3.1 第一类新空间卫星物联网   第一类新空间卫星IoT运营商包括澳大利亚的Fleet和Myriota， 加拿大的Kepler,以及欧洲的Lacuna、Kineis、Hiber以及Astrocast.其中有3家已开启了商业运营：

    美国Swarm已商业化运营，在美国和其它几个国家开始运营服务，在母公司SpaceX的支持下，Swarm运营着世界上最小的双向通信卫星，工作在VHF频段（150MHz）和UHF频段(450MHz)的0.25U立方星。2022年巴西主管部门给Swarm批准了可以通过在巴西的合法代理商2035年9月7日前使用无线电频率。   

瑞士Astrocast近期发射了4颗卫星扩展其卫星星座，卫星越多，可靠性越高，发送IoT信息到总部的时延越小。尽管他们的卫星网络还没有完成，Astrocast仍是欧洲最先进的卫星IoT网络。2022年底他们接手了荷兰的Hiber公司, 该公司2021年放弃了他们的小卫星计划。   

澳大利亚的Myriota也提供了商业服务，主要是单向追踪业务。Myriota利用Spire的“卫星即服务”能力合作建设卫星，建设完成后应该提供接近实时的连接服务。   

仍在开发阶段的卫星物联网项目有：法国政府空间署等支持的Kineis网络，与RocketLab确定了多次发射合同，2023年开始陆续发射全部25颗卫星的星座。英国的Lacuna Space系统，基于开放标准的LoraWan生态系统，因此也可以将他们算在第二代新空间卫星IoT中的一员，结合地面和天基通信协议，实现低成本连接。   

而其它一些公司的发展方向发生了转移，如澳大利亚运营商Fleet空间技术似乎在利用他们的LEO和小卫星专长向空间探索和地球观测方面发展。加拿大的Kepler通信也将重心转移到太空，他们正建造一个天基基础设施，利用高速Ku频段连接技术，实现太空低轨资产与地球之间的数据中继，旨在减轻未来低轨卫星在物联网连接或地球观测任务上对全球地面站设施建设的压力。   

随着第一轮新空间卫星IoT运营商中的三家进入商业运营，低成本/低功率的物联网连接的愿景得到了实现；另有两个运营商还在开发卫星网络阶段，向着商业服务努力，而其它几家似乎在将技术能力用于其它空间领域，如地球观测或深空通信。下一步是完成规则的框架工作，建立必要的销售和分销渠道。这些进展可能不如预想的那么快，要知道卫星IoT不是短跑，而是一场马拉松。

3.2 第二类新空间卫星物联网   

在第一类LPGAN浪潮中，运营商使用专用协议实现低成本连接，第二类新空间卫星物联网则使用地面和空间协议结合的方案。发生这种变化的原因很直接，即使用5G NB-IoT或LoraWan协议和设备可以更容易地将地面物联网设施向全球规模扩展，此外用户也能从大规模量产的硬件和终端设备生产获得低价优势。   

将5G IoT用于卫星物联网的前提是网络运营商的互通性，如当需要5G覆盖时通过漫游服务与小卫星网络连接。西班牙卫星物联网SatelioT。他们已经测试证实了自己开发的与最新3GPP 版本17标准兼容的一套NTN NB-IoT协议在卫星上使用的可行性。但从测试到进入商业化的混合NB-IoT卫星业务，SatelioT仍需要好几步，他们正在寻找发射第一个卫星星座的投资，希望在B轮融资中募集1亿欧元。   

将NB-IoT与卫星通信整合的挑战不仅在于技术领域，而且还在规则领域。3GPP发布的版本17的NTN NB-IoT标准是一个大的飞跃，然而使用专用频段的地面网络并不能自动用于卫星连接，不同国家规则和牌照管理决定了在当地提供商业服务的可能性，因此任何卫星物联网服务，虽然在全球范围内技术是可行的，但频率规则和牌照管理因国家而不同，对这轮卫星IoT运营商是一个巨大的挑战。   

卢森堡初创企业OQ可以算作是目前最大的5G卫星物联网网络，OQ的低轨卫星使用5G R17物联网技术，为偏远和农村地区提供连接。OQ与沙特能源部密切合作，为天然气公司的偏远资产，如水源、石油管道和智能电表提供连接。   

其它一些卫星物联网公司计划用地面LoraWan协议与卫星通信。如英国的Lacuna Space是使用LoraWan 的卫星物联网系统，Lacuna起初使用UHF ISM频段，根据ITU规则，该频段不是用于地对空通信如卫星物联网，而是用于地对地的地面物联网。此外，ISM频段也易于受到地面用户的干扰。Lacuna近期将利用Omnispace在2GHz（S频段）获得授权的频谱资源进行合作，未来将能够在地面网络和全球未连接区域之间提供无缝连接。   

Eutelsat的物联网LEO星座计划由25颗小卫星组成，专门用于物联网服务，他们最初利用的是Sigfox的地面IoT技术，后来转成使用LoraWan。但目前开发状态尚不清晰，也尚不清楚使用的频段。   

使用地面IoT协议的第二类新空间卫星物联网系统将对现在的地面基础设施和生态系统进行补充，此外在设备和集成成本方面也具有优势。早期的测试对技术可行性进行了验证，但是在达到商业成熟之前，所有系统在技术准备阶段还有好几步要走，此外还有频率许可方面的挑战。一旦这些得以解决，看起来第二类新空间IoT在全球卫星物联网市场的进一步成长中将扮演重要角色。

四、传统卫星物联网的发展 

以上是新空间卫星物联网络的发展情况，它们都是窄带卫星物联网，目的是建立低成本、低功率连接。与此同时，传统卫星物联网市场也没有站在原地不动，一些卫星物联网运营商过去几年稳步扩大卫星物联网用户数。此外以铱星为代表的运营商利用已有的卫星网络引入了新的以物联网为中心的业务。   

物联网应用的发展对数据类型、容量带宽和速率提出了不同的要求。我们看到，除了宽带LEO星座以外，去年也有几个中频卫星物联网（指使用比UNF、VHF等常规物联网频段更高的频段，如S、Ku等GEO卫星的频段）的加入。   

美国主要卫星广播运营商之一的EchoStar，使用S频段，通过其静止轨道卫星EchoStar 21为欧洲、部分非洲和中东地区发布了一个LoRa连接网，将来他们计划用一个尚未发布的低轨星座将覆盖范围扩到全球。 

HiSky提供另外一种具有高发展潜力的、基于商业中频段的卫星物联网服务，他们与传统卫星系统提供商iDirect是重要合作伙伴，iDirect利用HiSky技术将现有平台进行升级，使用Ku或Ka频段GEO卫星的容量提供物联网连接，为卫星物联网市场带来了更高的带宽和完整的生态系统。   

另外，关于近期的热点-蜂窝到卫星网络，它们目前主要涉及个人通信，还不是卫星物联网行业的一部分，然而从个人通信跨越到卫星物联网的技术是类似的，所以毫无疑问我们也将关注这个市场的发展。三、结论

在一篇文章完全总结所有卫星物联网市场供应测的发展是不够的，这个市场仍处在动荡期，40多个运营商在快速增长的卫星物联网市场竞争市场份额，新的网络也在不断进入。   

文章重点关注新一代窄带卫星物联网运营商，即低功耗全球广域网。它们的进展并不差，虽然一些早期参与者没能成功，现在有3个网络在商业是可用，还有几家公司有望在今后几年投入市场。在它们之后又出现了第二类网络，这些网络的目的是在一个互补的方案中将地面和卫星通信集成在一起。尽管需要一些时间满足技术和规则的要求，但是也在稳步推进，一段时间后将对现有的卫星物联网服务提供补充。   

我们认为，LPGAN将能为市场带来了商业上低成本低功耗的物联网连接，现在的重心将转到市场方面，销售和分销渠道的开发，扩大用户数量，打开新的市场领域，需要来自投资者的耐心。   

然而随着未来数字世界中对中速和宽带物联网应用的发掘，将会有更多公司进入该领域，从而推动全球卫星物联网发展。

参考：“Satellite IoT and the rise of the Low Power Global Area Networks” by Hub Urlings，Vol. 16 No.3 April 2024，《Satellite Executive Briefing》