【Wired 硬塞】科普時間:SpaceX 衛星網路是怎麼運作的?

SpaceX 將推出 Starlink 衛星網路系統的重要下一步:把你能打線上遊戲的網路品質帶到地球每個角落。
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本文來自 WIRED《How SpaceX's Satellite Internet Will Actually Work》,作者 Daniel Oberhaus。台灣康泰納仕集團授權提供,INSIDE 編譯。

如果你還沒聽說過的話,現在告訴你,世界正在經歷一場如火如荼的新太空競賽,目標是讓還無法上網的「其他 30 億」人用大型寬頻衛星通訊上網。這其中扮演領頭羊的是 SpaceX 旗下的 StarLink 和 OneWeb。這兩家公司過去是合作夥伴,如今卻為了通過競標,把網路帶上太空軌道,在聯邦通訊委員會(FCC)和 Twitter 分別透過請願書和貼文展開競爭。這種緊張局勢並不難理解,對 OneWeb 來說,讓全球採用以太空為基礎的網路,對該公司生存極度重要。而對 SpaceX 而言,這是為了伊隆・馬斯克(Elon Musk)的火星計畫募集資金的關鍵。

兩家公司去年都把他們的第一顆衛星送入軌道,但 2020 年競爭將更加激烈。今年 2 月,OneWeb 將發射一批多達 34 顆的網路衛星,並且之後還會再發射一波使其總數達到 40 顆。SpaceX 的 StarLink 目前已在軌道上有 182 顆衛星,並計劃從今年現在起再發射 24 顆衛星。

到目前為止,SpaceX 和 OneWeb 都只把網路衛星用在測試(還有讓馬斯克透過網路衛星推文),但 SpaceX 指出,該公司今年夏天就有足夠的衛星提供網路服務了。而 OneWeb 表示,該公司的「衛星系統」(constellation)能在今年年底上線服務。

當然,以太空為基礎的網路,不是什麼了不起的新鮮事。像是 Viasat、HughesNet、Iridium 這樣的公司,數十年以來一直在發展相關技術。但下一代的網路衛星發展可望比前幾代都快得多,而且透過重新思考地球外的網絡,這樣概念使得讓地球上任何地方都可以使用網際網路。

不管你從哪裡得到衛星網路,這些系統的基礎都相同。使用者從家中的天線向衛星傳送數據,衛星再把這些數據轉傳到地球上地面的中繼站。此時,就像其他任何數據一樣,收集到的數據會沿著全球網路光纜傳輸,一旦到達目的地(像是 Google 雲端伺服器),就會把新的數據傳回地面站,再發射到衛星,然後再發射回使用者的家。

美國最大的兩家衛星網路業者 HughesNet、Viasat,都使用和汽車一樣大的衛星來提供服務。它們在和地球運動速度一致的軌道運轉,從地球表面觀察的軌跡保持不變,因而被稱為「對地靜止衛星」。而且,他們具有每秒數百億位元的網路容量。這種方法的優勢是,單顆衛星就能為整片大陸提供網路服務,但缺點是得花費近半秒鐘才能把訊號傳回 2 萬 2000 英里遠的地球。這聽起來也許不算很多,但大概是使用光纖網路速度延遲速度的 10 倍。衛星網路的速度能讓你看 Netflix 的影片,但是速度還不夠快,要玩線上遊戲玩得也不夠過癮。

SpaceX 和 OneWeb 採取的另一種方法是衛星群,把數百或數千顆衛星發射到距離地球幾百英里的軌道上。為了覆蓋全部地表,衛星會散布在圍繞地球的幾十個軌道間。例如,在最初的 1500 個 Starlink 衛星中,分成 22 群在 240 英里的高度上,部署在 72 個不同的軌道;OneWeb 的衛星會占據 12 個軌道,位在 745 英里高度上,每個環有 49 個衛星。

Iridium 執行長麥特・戴施奇(Matt Desch)也指出,「新的太空公司並不是建構在令人難以置信的新科技上,他們實際上只是把具有數百束光束的一顆對地靜止衛星,分解為接近地球軌道上的數百顆衛星。」

這種方法有它的問題在。首先,光從數字上來看,衛星的數量可說非常驚人。SpaceX 的 Starlink 計畫將發射近 1 萬 2000 顆衛星,而 OneWeb 一開始丟出的數字有 648 顆。但這些數字只是用來參考,畢竟目前全球軌道真正在運行的衛星也只有約 2000 顆左右。但隨著 1 月 6 日 Starlink 發射,SpaceX 將超越衛星攝影公司 Plant,成為全球最多衛星的民間廠商。但天文學家很快就發現到,SpaceX 的衛星會反射很多光,可能破壞夜空,讓他們難以觀測星象。(SpaceX 表示,正在努力解決這個問題,最新一批 Starlink 衛星也將測試抗反射塗層。)

另一個問題是與對地靜止衛星相比,單顆衛星可以「看到」的地表面積實在小得多。這代表該系統需倚賴更多地面站,把衛星和全球網路相連。確實,通信公司 Viasat 推出的下一代衛星,將需要「數百個」地面站,才能讓寬頻網路覆蓋全球。但是,SpaceX 最近向聯邦通訊委員會提交申請,最多可以支援 100 萬個地面站。

因為客戶終端和衛星間的訊號只需傳播幾百英里而非上千英里,從結果上來看是減少了延遲。加上下載速度提高,包括 OneWeb 和 SpaceX 都預計可以提供每秒 5000 萬位元的速度,和美國平均網路速度相當,保證你能夠從太空提供的網路玩《要塞英雄》。

還有待觀察的是 SpaceX 和 OneWeb 怎麼處理終端設備,這是客戶和軌道上衛星的實際接觸介面。兩家公司都計劃在終端設備使用相位陣列天線,這種相位陣列天線,會產生可操控的無線電波束,而不用移動天線。這讓終端設備可以在衛星在頭頂上飛行時追蹤衛星,並在衛星間平穩傳遞訊號。

SpaceX 和 OneWeb 都還沒有說他們是怎麼連線終端設備的,但這些和披薩盒大小相當的天線,對於他們衛星網路事業的成功是重要的關鍵。Iridium 執行長戴施奇說明,終端設備很笨重,若價格過高,將如 1990 年代電信衛星系統先驅 Globalstar 般導致倒閉。如果 SpaceX 或 OneWeb 的終端設備太昂貴或太複雜,以致客戶無法順利安裝,像 Globalstar 一樣的命運將等著 SpaceX 或 OneWeb。

SpaceX 總裁葛溫・蕭特威爾(Gwynne Shotwell)在 10 月時向記者闡述 Starlink 的終端設備:「我們還得做很多事,才能讓它運作順暢。我們在使用者終端進行的工程越多,需要雇用的服務人員就越少,認識馬斯克的人都知道,他希望世上一切事物都變得美麗,因此我們也會致力把用戶終端變得美麗。」

不過,即便這兩家公司設法解決所有科技和美學方面的障礙,也不清楚市場是否足夠大,足以營運這些衛星。戴施奇說,「他們就是要跟 Verizon、Comcast、AT&T 等有線寬頻競爭。」這代表他們將不得不大幅降低衛星網路的價格,畢竟衛星網路過去一直是昂貴的商品。同時,還有亞馬遜、Telesat 等其他公司,也在研究大型寬頻衛星通訊上網。

衛星網路市場競爭前所未有的激烈。這對於急需網路的農村人口而言,是個好消息。但除非有人能弄清楚衛星網路如何才能盈利,否則我們可能永遠不會需要火星上的 Wi-Fi 密碼。

責任編輯:Chris
核稿編輯:Mia


疫情促數位轉型,資策會用 STEPS 方法論助產業無痛升級

面對疫情期間面臨消費者行為的改變、電子商務侵蝕實體零售服務業的市場等態勢,台灣中小企業、零售業和實體通路品牌,必須加速數位轉型腳步,才能繼續保有競爭力!
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COVID─19 疫情讓全球產業界都受到嚴重衝擊,而台灣自 5 月中旬啟動三級警戒後,首當其衝的當屬零售服務業、教育產業、旅遊觀光等,企業界體認「數位轉型」趨勢已然成形的事實。而顧問公司 KPMG 亦指出,台灣有超過 40% 的執行長認為,疫情會加速企業數位轉型的步伐。在防疫期間,消費者亦會更加普遍地使用數位通路;因此,具備數位營運能力已成為公司營運的基本功。

本文專訪有 10 多年產業研究及數位輔導經驗的資策會創生服務處跨域共創中心主任張為詩,分享哪些產業最需要做數位轉型?究竟企業做數位轉型會面臨到何種困難?執行數位轉型有何成功的秘訣?

針對上述疑問,張為詩指出,在疫情爆發之前,談到「數位轉型」這件事,比較像是企業內部的口號,某些人以為,把公司內部流程數位化,就是「數位轉型」,甚至部分業者認為導入 AI 等新興科技就算完成數位轉型。去年全球疫情爆發,台灣卻仍如常上班上課,企業對於數位轉型便無迫切需求。反觀,今年 5 月中旬爆發本土疫情後,許多企業便意識到「數位轉型」是一件非做不可的事。

「這段期間發生的問題,是以前從未想像過的。比方說遠距教學,從前只在偏鄉教育裡推動,但現在每間學校、每個老師和學生都要使用遠距教學,甚至連同泛教育體系的各式補習班如插大、研究所、高普考等,也必須有所改變。另外像是研討會、工作坊這些著重現場感的會議,現在都必須要改成線上進行,甚至如『線上展會』,完成一套模擬的線上商品展也是需要投資的,但現在若不做這樣的投資,客戶就完全看不到你的東西」,張為詩說,「疫情讓民眾的生活型態完全改變,連帶使『零接觸經濟』蓬勃發展」。

STEPS 五步驟 數位轉型方法論

企業主既然意識到「數位轉型」之不可不為,但究竟要如何去執行?他們大多沒有答案。而且,企業面臨數位轉型的最大難題即是缺乏專業人才,並且缺乏系統化的方法工具。對此,資策會在今(2021)年中出版《數位轉型進化論-step by STEPS》,以會內歸納出的 STEPS 數位轉型方法論架構,藉以系統化助企業拆解數位轉型的挑戰,並實際推動轉型案例經驗,輔助培育相關數位人才。

所謂「STEPS」即為 Survey(需求挖掘)、Target(擬定主題目標)、Engage(鏈結組隊)、Pilot(市場先導驗證)、Spread(服務廣度擴散)共 5個步驟。而創生處北中南各地的「RDTIH 區域數位轉型中心」,即應用此架構,並透過會內數位轉型顧問,來傳達數位轉型的重要性。

資策會數位轉型STEPS方法論。Photo Credit:財團法人資訊工業策進會

作為資策會第一線業務與地方智庫幕僚單位的創生服務處,去年底開始推動 RDTIH 區域數位轉型創新中心 (Regional Digital Transformation Innovation Hub),創生處主任張為詩說明,RDTIH 概念是來自歐盟 2016 年提出「數位創新中心(Digital Innovation Hubs, DIHs)」,主要是協助以一站式服務據點(one-stop-shop )的型式,提供企業所需知識、方法、軟體、技術平台、解決方案和測試設施及場域,與地方的產官學界合作,形成各地區的 Ecosystem 商業生態,協助中小企業轉型。

RDTIH 區域創新中心 扶植北中南特色產業善用數位工具

由於資策會創生處在北部、中部、南部都有辦公室,且北、中、南產業的主題特色各不相同,例如很多 AR/VR 業者都位於北部,因此北區 RDTIH 服務項目即以互動體感科技為主,提供業者們試驗與創新的場域。

而中區則是製造機械產業的重點聚落,其中又以自行車、DIY 手工具及水五金為主。因此中區 RDTIH 提供諮詢診斷、數據商情分析、商模規劃、科技導入測試、產業成果推廣,帶領中部產業進入數位高階製造及智慧運動觀光領域。

南部產業則包括扣件、金屬等傳統製造業,另外則有近期政策主推的 5G 文化、AIoT 產業等。南區 RDTIH 主要任務是運用 5G/AIoT 等智慧科技,推動南部產業數位轉型,打造南台灣數位轉型生態聚落,服務領域包含智慧製造、體感娛樂、運動娛樂、智慧醫療等多方位業務,同時也擔任區域產業調研專家與地方政府智庫幕僚。

資策會創生服務處跨域共創中心主任張為詩。Photo Credit:財團法人資訊工業策進會

飯店高層 尋求數位轉型方向

創生處 RDTIH 的數位顧問在協助企業做數位轉型時,曾發現不少有趣案例。張為詩舉國內某家飯店集團為例,這家飯店的老闆在疫情期間仍需出國考察,入境後需要隔離,這期間他每天都滑 FB,看到各企業粉專的貼文,於是老闆覺得「小編」這個職務非常重要,要求行銷部立即處理。於是創生處便請了公關專業人士來幫這個集團所有的小編上課,為飯店品牌做正面的網路行銷。

後來這位飯店老闆又滑 FB 發現其他同業都已投入線上購物,他認為自家的商城也需要改進。而疫情期間訂房數明顯下降,空房率變高,這些空置的客房要如何行銷出去?老闆和高層主管們迫切想找到數位轉型的方向,資策會顧問以  STEPS 方法論,助其擬出智慧酒店的發展藍圖;也就是現在很夯的「無人旅店」,旅客從 Check in到進房門,都不需要看到真人,也能減少疫情期間人與人的接觸。

觀光樂園 借科技力量拉回顧客

另一個「觀光樂園」的案例,則是由於近年娛樂選擇趨於多元,主題樂園業者面臨來自觀光工廠及生態旅遊的競爭,迫使樂園業者力求轉型,借助科技力量讓原有設施產生更豐富的娛樂效果,成為主題樂園轉型的重要作法之一。

資策會創生處顧問團隊運用數位轉型方法論(STEPS),協助樂園業者規劃具備「沈浸娛樂體驗」、「群眾互動性」與「空間複合效益」等特色的商品,將 VR 海盜船/雲霄飛車、AR 摩天輪/咖啡杯、VR/AR 互動解謎/密室鬼屋等設施分門別類,最後選定以高互動程度及空間複合效益較大的「VR/AR 互動解謎與密室逃脫」為主題產品,達成強化科技娛樂體驗,並解決營運坪效和服務人力問題,進而提升入園人次與消費者再入園意願的目標。

哪些產業亟需數位轉型?

張為詩認為,數位化正在改變用戶的期望。用戶希望簡單、便捷及用戶良好的體驗,企業則需要重塑用戶參與模式。此外,所謂的競爭對手已經不僅僅是行業內,很有可能是其他的產業,而且這些對手可能是巨頭公司,且往往因新進入者的玩法不同,帶來不同的遊戲規則。

以最近興起的雲端廚房為例,張為詩分享,「過去餐飲業新創面臨前期投資門檻高,但後期回收速度慢,經常入不敷出,容易倒閉。雲端廚房只有廚房設施、廚師以及食材,運用外送平台或是自家外送服務提供餐點的營業模式,租金及其他間接成本可降低 25%,人事成本平均可減少 20%。甚至,陸續發展出包含共享廚房、品牌餐飲代工、自創品牌等新興商業模式,甚至讓雲端廚房變成新創加速器的角色。」

台灣目前亟需數位轉型的產業,不只有超過 100 萬家的中小企業,還有平常接觸最多消費者的零售服務業,疫情期間面臨消費者行為的改變,及電子商務正在侵蝕實體零售服務業的市場,因此,中小企業、零售業和實體通路品牌必須加速數位化腳步,才能繼續保有競爭力!