背景
几年前，物联网（IoT）的持续不断的发展就慢慢的变成了事实。机器（节点）之间的相互通信，为智慧农业、智能家居以及车联网等一些应用铺平了道路，这些应用有望对我们生活产生深远的影响。
物联网的关键要素之一就是，机器之间的无线通信，也称为“机器到机器（M2M）”通信。与4G或者WiFi网络等移动网络不同，相当大比例的M2M通信都以非常低的传输速度、非常小的数据包和数量巨大的设备为特征。从协调电信网络的角度来看，这些特征带来了重大挑战。
创新
由于通过卫星实现了先进的随机接入方案，最近的研究提出的高效率、低复杂度的算法，使卫星物联网慢慢的变容易实现。这项研究的论文发表在《国际卫星通信与网络杂志（International Journal of Satellite Communications and Networking）》上，论文作者包括信息和通信技术部（DTIC）和德国航空航天中心（DLR）研究员朱塞佩·科科（Giuseppe Cocco）以及欧洲航天局的研究人员。
（图片来自：庞培法布拉大学）
技术
连接同一颗卫星的传感器数量可以非常多。
让我们设想一株农作物拥有一个连接至卫星的湿度传感器，只有当湿度低于特定临界值时，卫星才会传输信息。该传感器可能长时间不发送任何信息，并且当它真正决定这么做时，数据量非常小（只有几个比特）。在这种情况下，需要与卫星网络建立连接的控制数据的数量，可能会超过传感器传输的有用数据（有效载荷）量。
尽管每个传感器偶尔传输少量数据，但总体的数据通信量却非常大。M2M流量中的控制信息对资源来说是一种极大的浪费，但是为了尽最大可能避免干扰，它也是必要的。
如果只是应对单个传感器时，这似乎并不成问题。但是在卫星网络的情况下，连接到单个卫星的传感器数量会非常多。虽然每个传感器只是偶尔地传输少量数据，但总体流量却很大。此外，删除或者减少M2M通信量中的控制信息，会导致来自不同传感器的信号相互干扰，从而引起发送的信息丢失，在大流量的情况下，甚至会引起网络崩溃。
在这个背景下，为了尽最大可能避免干扰，M2M流量控制信息是一种显著却必要的资源浪费。这就会导致需要采用更宽的带宽、更大且更昂贵的卫星或者更多数量的卫星，从而带来更高的M2M通信成本以及对IoT开发产生负面影响。
2019年5月24日发射的60颗Starlink卫星（图片来自：维基百科）
为了解决这样的一个问题，近年来，多随机接入的新型先进系统已经在开发中，它将极大地限制控制信息，并且不影响网络性能。这些系统工作得非常违反直觉，也就是说，并不是试图避免干扰，而是增加干扰，让每个节点传输同一条信息的多份拷贝，而并不知道其他节点是否同时在传输信息。
科科解释道：“这个诀窍在于接收器利用这个干扰去净化接收到的信息，从中提取有用的信息。为了理解这些系统是如何工作的，你可以思考一下你是如何吃洋蓟的，每次你摘下一片叶子，吃掉好吃的那一点点，但是下面的叶子也松弛了，所以每一次至少可以摘下一片新叶子。”
价值
他们开发的高效率、低复杂度的算法，可以增强卫星物联网中的通信系统。
国际科研期刊上的几篇论文已经证实，基于每条信息的多份拷贝传输的随机多接入非常有前景。这项研究的作者们解释道，然而，这些研究采用了简化方案（需要通过方程和模拟进行更简单的处理），而不允许在真实环境中评估这些系统的性能。
科科总结道：“我们的贡献超越了这些简化方案。我们研究了对于真实系统中出现的各种元件（例如许多作为物联网节点的低成本电子器件中的缺陷）组成的整体系统的影响，以及开发出可帮助针对它们增强系统的算法。因此，我们对于开发同时实现高效率和低复杂度的算法作出了特殊的努力，所以通过卫星实现的物联网对于每一个人来说效率慢慢的升高，也慢慢变得容易接近。”
关键字
卫星、物联网、算法
参考资料
【1】Marco Krondorf, Martin Goblirsch, Riccardo de Gaudenzi, Giuseppe Cocco, Nikolaos Toptsidis, Guray Acar (2019),“Towards the implementation of advanced random access schemes for satellite IoT”, International Journal of Satellite Communications and Networking, 24 de novembre,https://doi.org/10.1002/sat.1331
【2】https://www.upf.edu/web/e-noticies/home/-/asset_publisher/wEpPxsVRD6Vt/content/id/230986285/maximized#.Xfy5Rfx5vmc
