今年早些時(shí)候，達(dá)沃斯世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布報(bào)告說，通訊技術(shù)愈加發(fā)達(dá)的當(dāng)今社會(huì)，反而加劇了缺少網(wǎng)絡(luò)覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)與發(fā)達(dá)社會(huì)間的差距。

最近Google和Facebook兩個(gè)巨頭公司的均發(fā)起了相關(guān)項(xiàng)目，Google Project Loon，和Mark Zuckerberg成立的Internet.org組織，致力于借助空中網(wǎng)絡(luò)基站為世界上網(wǎng)絡(luò)不暢的偏遠(yuǎn)地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

Project Loon計(jì)劃通過熱氣球給偏遠(yuǎn)地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。人們通過使用安置于家中建筑物上的特制網(wǎng)絡(luò)天線，讓信號(hào)從天線發(fā)射到熱氣球，再由氣球返回?cái)?shù)據(jù)傳送進(jìn)入全球因特網(wǎng)中。Internet.org也是使用類似的方法，唯一的不同就是，計(jì)劃利用無人機(jī)作為傳輸媒介。

搭建空中全無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，成本低廉，不會(huì)遭到人為破壞，不用耗費(fèi)大量的人力財(cái)力物力搭建基礎(chǔ)設(shè)施。但是諸如此類的全無線網(wǎng)絡(luò)，究竟只是宣傳的噱頭，還是能夠真正實(shí)現(xiàn)幫助網(wǎng)絡(luò)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的目的呢？

空中全無線網(wǎng)絡(luò)的工作原理

雖然說全無線網(wǎng)絡(luò)看上去像有些異想天開，但是技術(shù)概念的緣起并不是空穴來風(fēng)。多年前，一個(gè)擁有頂尖航天工程師、光學(xué)專家、計(jì)算機(jī)科學(xué)家的工程團(tuán)隊(duì)，成功為美國(guó)軍方搭建了寬帶無線網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)能夠支持200km內(nèi)的飛機(jī)與地面衛(wèi)星基站的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)速度保持在10 Gbps到80 Gbps之間。該項(xiàng)技術(shù)也成為空中全無線網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)展的里程碑。

雖然說Project Loon的空中熱氣球基站和Internet.org的無人機(jī)并不需要實(shí)現(xiàn)像上述軍事網(wǎng)絡(luò)一般的強(qiáng)大功能。但是不可否認(rèn)的是，這些項(xiàng)目仍然面臨著重大挑戰(zhàn)，如何在空中搭建穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)？如何保證網(wǎng)絡(luò)能夠輻射并適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)？

困難1：在長(zhǎng)距離傳輸中保持穩(wěn)定的高帶寬

首先，Project Loon和Internet.org面臨的最棘手問題是，如何選擇最匹配合適的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將熱氣球或者是無人機(jī)同地面網(wǎng)絡(luò)基站相連接。

偏遠(yuǎn)地區(qū)用戶的通信數(shù)據(jù)將會(huì)在空中平臺(tái)聚合，接著從這里出發(fā)，數(shù)據(jù)將被傳送至下一個(gè)覆蓋更遠(yuǎn)距離的熱氣球或者是無人機(jī)，最后再與地面上的基站連接?，F(xiàn)今，能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相當(dāng)有限，并且需要借助微波、毫米波或者FSO（自由空間光通訊系統(tǒng)）的支持。

此外，這幾種方法都有著各自的局限：微波相對(duì)擁有較低的電容量；而毫米波和FSO經(jīng)常會(huì)受到天氣的影響（毫米波在陰雨天氣不能正常工作，F(xiàn)SO的性能會(huì)被塵霧影響）。

在軍事研究中，被用做外太空成像的自適應(yīng)光技術(shù)，通常被用來改進(jìn)優(yōu)化FSO技術(shù)。該系統(tǒng)內(nèi)的自適應(yīng)光一般是小透鏡形狀的彎曲鏡子，并且每秒改變數(shù)千次自身形狀來補(bǔ)償大氣閃爍。（大氣閃爍是指，由于大氣折射率起伏的影響，傳輸光束的波前將隨機(jī)起伏,引起光束抖動(dòng)、強(qiáng)度起伏閃爍、光束擴(kuò)展和像點(diǎn)抖動(dòng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)）

困難2：維持可靠性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

如何在天氣多變的情況下保證無線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)優(yōu)良、不丟包，將會(huì)是項(xiàng)目的另一個(gè)挑戰(zhàn)。電信工業(yè)的研究員們已經(jīng)嘗試了一系列不同的方法，來優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的正常運(yùn)行時(shí)間。

研究員們發(fā)現(xiàn)，最有效的方法就是將兩個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)傳播媒介相結(jié)合（例如光和毫米波），二者能補(bǔ)償對(duì)方的缺點(diǎn)，并且不干涉彼此的信號(hào)。對(duì)比與那些采用一種信號(hào)當(dāng)作基礎(chǔ)主力，另一種信號(hào)作為后備支持的無線通訊系統(tǒng)，基于這種設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)，兩種信號(hào)的功能需要處于完全相同的位置，以保證即便是在長(zhǎng)距離傳輸中，能夠提供光纖級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度、質(zhì)量和可靠性。

困難3：解決空中基站位移的問題

另一個(gè)問題就是空中基站的位置偏移——即便是相對(duì)固定的熱氣球也不能保持完全靜止，仍然會(huì)產(chǎn)生偏離原始基點(diǎn)的情況。雖然說這個(gè)問題看上去并不是技術(shù)上的什么難事，但實(shí)際確是困擾無線通訊甚至是軍事應(yīng)用的重大問題。

當(dāng)今許多高容量的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通常是窄電子束。為了配合空中平臺(tái)，數(shù)據(jù)傳播媒介必須能保持每個(gè)收發(fā)器之間持續(xù)性的數(shù)據(jù)連接，傳播距離越遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)的困難性越大。

Project Loon和Internet.org的網(wǎng)絡(luò)傳播距離至少都需要在幾英里以上。舉個(gè)具體的例子來說明系統(tǒng)能承受的誤差幅度究竟是有多么小。如果說兩個(gè)無線收發(fā)器之間間隔5英里，其中一個(gè)偏離正常位置僅僅只有1°，最后信號(hào)到達(dá)的目標(biāo)位置將會(huì)比初始位置偏移將近500英尺?；鹃g的距離越遠(yuǎn)，容差只會(huì)更小。

現(xiàn)在Google Loon和Internet.org實(shí)現(xiàn)的測(cè)試版本，僅僅只能為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)供給。用于傳輸數(shù)據(jù)的無線系統(tǒng)需要縮減規(guī)模和成本，從技術(shù)層面來講，該項(xiàng)技術(shù)能否徹底實(shí)現(xiàn)仍然有許多不可控的問題。Google Loon和Internet.org能否打破政治和社交的障礙，為地球上的網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達(dá)地區(qū)打來福音，需要更多的努力來實(shí)現(xiàn)。

via wired

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