为了我们愉快的刷朋友圈，这些科技公司真是操碎了心

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作者  |  冯骥 审协北京中心通信部

（本文系知产力获得独家首发授权的稿件，转载须征得作者本人同意，并在显要位置注明文章来源。）

（本文3223字，阅读约需7分钟）

世界这么大，我想去看看。每逢长假，朋友圈都会集中被来自世界各地的“摄影大赛”刷屏，随身WiFi也成为了旅游的必备用品，出国手机连不上网？不能忍！

据统计，全球有多于五分之一的人口生活在“缺乏基本网络基础设施的地区”，总数约为14亿人。而且，在天空、陆地、海洋中仍有大片区域未能覆盖网络信号。去这些地方玩还怎么与朋友实时分享今天就为大家介绍一下几种脑洞大开的针对偏远地区的互联网覆盖技术，妈妈再也不用担心我没有信号发朋友圈啦！

Part1：天空

利用空中飞行器向地面提供网络覆盖是最直接快捷的方案，多家公司已经在该领域进行了实验乃至初步商用。利用空中飞行器进行部署的难点主要在于：如何保证飞行器的持续稳定性，尽可能增长一次发射后飞行器的在空工作时间，增强飞行器对抗天气因素的能力，以及提高飞行器的相互协作能力和可控制能力。目前该专利领域的申请人主要有谷歌，一些航空公司例如麦道、空中客车、洛克西德马丁，以及，其中谷歌在气球方案的专利领域占据绝对优势，而无人机方案的专利领域则表现出百家争鸣的态势。

空中飞行器领域申请人分布示意图

气球方案

气球作为人类最古老的飞行器之一，由于其低成本、可重复利用性，理所当让的被选作空中网络覆盖设备的首选。

最具代表性的是谷歌Project Loon。2011年，Project Loon诞生于谷歌公司的“X实验室”部门，通过气球将无线网络收发器（或蜂窝基站）部署在距离地面20km处的高空，之所以选择这个位置，是因为这里属于大气的平流层，气流较为稳定，且很好地避开了飞机和云层，也不会受到雷雨影响。

自2013年开始，谷歌先后申请了一百余件与气球通信相关的专利，内容涉及气球的制造方法、信息传输方法、网络覆盖方法等。

气球方案的难点在于，气球的耐用度是否能支持其在空中漂浮数月，以及气球本身易受天气、环境变化影响。谷歌称，由于采用了全新的材质和结构，极有效的增长了热气球的寿命，并且，基于平流层风向的预测和导航，这些“聪明的热气球”之间将会通过编程系统来保持彼此的间隔，可以自动调整自己以保持良好的“队形”，以与地面接收器保持稳定的连接。

让我们来看看谷歌制造气球的一个专利（WO2013106278）。这种气球的外表面涂成不同吸收/反射性能的颜色，例如将502a涂成白色，而将502b涂成暗色，通过控制气球的旋转使得502a/502b朝向太阳，使得气球内气体的温度升高/降低，进而提高/降低气球的高度。气球之间可以通过LED光学信号进行通信，气球与地面基站可以通过IEEE802.11、GSM、CDMA、LTE等方式通信。

谷歌还提出了一系列利用气球进行组网的专利。例如WO2013173002，该发明试图解决网络覆盖区域中的带宽需求问题。预计到某个区域的网络带宽需求在指定的未来时间可能发生变化，例如举行音乐会、发生自然灾害等，重定位高空气球网络中的多个气球，例如使更多的气球聚集到区域510形成局部“聚丛”，从而提高该区域的网络带宽、数据吞吐量。

现阶段，谷歌气球已能在空中停留100余天，并实现受控制的降落，新西兰、斯里兰卡等地已进行或正在进行测试实验，下一阶段，谷歌希望能让多达300个热气球从新西兰连接到澳大利亚、智利、乌拉圭、巴拉圭、阿根廷，在南纬40度线形成一个圆圈。

与谷歌气球计划类似，我国有一家名为深圳光启空间技术有限公司的企业也开展了利用浮空飞艇进行互联网覆盖的尝试，据称，其飞艇“云端号”是集通信、互联网接入、大数据收集和分析于一体的空中云平台，载荷大，覆盖广，可以提供全新的大数据与信息服务。

无人机方案

近年来兴起的无人机热潮也让许多商家把视线转向了这个可控性、机动性更好的空中设备。

2016年7月，Facebook官方公布太阳能无人飞机Aquila首次成功飞行全程，试飞时间达90分钟。预计未来，Aquila可飞行在6万英尺（18.3 公里）的高空，绕行直径 60 英里（96.6 公里）范围的地区，长达3个月不落地，藉由激光光束传输数据，提供区域内的无线网络。

实际上，Facebook的该项无人机技术主要来自其收购的英国制造太阳能无人机的小型公司——Ascenta。无独有偶，多家通信、互联网公司近期发起了一波收购无人机公司的高潮：例如因特尔收购了德国无人机制造商Ascending Technologies，高通收购了无人飞行器研发公司KMelRobotics，亚马逊收购了一支欧洲计算机视觉团队，以及谷歌此前收购的无人机制造商TitanAerospace，均用于部署其各自的消费产品和解决方案。

而在专利领域，其实早已有了利用无人机提高网络覆盖能力的先例。

在美国运营商AT&T于2002年申请的专利US7251502B1中，通过在遥控飞行器10上设置发射天线66、68和相应设备，使得飞行器可以作为中继或基站工作，以解决某个区域内爆发的大规模通信需求，或普通基站设施遭到破坏等情况。

该方案提出，飞行器上的天线小巧轻便，并且飞行器部署灵活，相对现有的大规模天线的基站，可以更好应对临时部署网络的需求。

手机领域曾经的霸主诺基亚也有关于利用无人机扩展网络覆盖的相关专利。

2014年诺基亚申请了专利GB2532966A，其技术方案为：当用户设备120处于基站130的覆盖范围131之外时，可以通过操控无人机110作为中继或作为独立的基站，向120提供网络覆盖。无人机110上具有导航装置，可以通过操控使得其前往指定地点提供服务，还可以在其上装备摄像头，以利于无人机寻找基站和用户设备。无人机也可以互相组网，以提供更大范围内的网络覆盖。

诺基亚的无人机方案来源于与英国运营商EE的合作，据称，已经利用小型无人机基站，实现了在苏格兰偏远地区的网络覆盖。

Part2：海洋

海洋覆盖着地球三分之二的面积，水下无线通信是研究海洋、资源勘探等领域的关键技术。在海洋中实现网络覆盖的难点在于，由于承载传统无线通信的微波在海水中衰减严重，因此，海水中的无线通信一般采用声波、低频电磁波、以及激光、LED光等形式，因此需要利用一些特殊的设备进行部署。目前该专利领域的申请人主要是国内外的一些研究机构，例如中科院、中国海洋大学、加州理工学院、麻省理工学院等，此外，美国海军也申请了多件该领域的专利。

2016年加州理工学院提出的申请WO2015187742A2中，提供了一种由水上浮标组成的网络覆盖方式，浮标100与自动水下潜水器104之间通过缆线相连，潜水器和浮标之间可以通过光纤通信，潜水器之间可以通过水声通信，这样，可以建立起浮标100与海底设施2004与空中卫星1004的连接。潜水器还可以带动浮标在海面上移动以进行网络覆盖部署，并根据网络需求的优先级，进行一片区域中浮标数量密度的调整。

除了可以部署在地球的海洋中，该发明还提出这种系统可以部署在具有液体表面的其他星球，例如土星的卫星泰坦上，进行科学勘测。

Part3：陆地

除了上面这些高大上的方案，也有许多利用陆地上的现有设施，扩大或增强网络覆盖的解决办法。陆地上部署网络覆盖的难点主要在于，某些地区例如无人区、或者矿井下，不方便部署专用设备，因此该专利领域的主要构思在于利用区域中可用的非专用设备，来实现网络覆盖。

例如，西部戈壁、草原地广人稀，移动运营商并未覆盖或少覆盖，致使这些地区网络覆盖较为困难。专利CN103269235的技术方案利用偏远地区的测风塔设备作为中继，把原有的GSM/GPRS传输方式改为扩频微波传输方式，能够实现更长距离的信号传输，使得这些地区不再依赖于运营商建设的信号基站，能够实现区域内的信号传输。

同样是利用公共设施，Facebook希望用路灯杆和其他街头设施上安装的WiGig设备去覆盖城市地区。这一网络可以直接为移动设备提供服务，为大楼提供网络连接，或是成为传统WiFi和手机网络的主干网。 

Part4：太空

最后，让我们看看造梦狂人，特斯拉的创始人马斯克提出的未来太空设想-太空互联网项目。马斯克计划发射700多颗廉价卫星，每颗卫星的重量大约100多公斤，在体积上，这些廉价卫星仅为目前通信卫星的一半，不过在卫星规模上，这一计划将是目前全世界最大的卫星通信网络的十倍，马斯克旗下的太空火箭发射公司SpaceX，可能负责将几百颗卫星送上太空。太空互联网一旦实现，互联网将无死角覆盖地球，该项目还有更宏大的计划，马斯克将目标放在了未来的火星移民，人类登上火星以后也能够享受到互联网服务。

随着科技进步，人类的脚步已经从脚下的大地走向天空、走向海洋，能上九天揽月，可下五洋捉鳖。有人类的地方就会需要网络，相信在不久的将来，网络必将能够跟随人类的足迹，实现从陆地海洋到天空太空的全面覆盖！

图片来源 | 网络