11月14, 2017

谷歌气球:最逆天的全球WIFI计划

深度丨谷歌气球:最逆天的全球WIFI计划

露露按:本文介绍的「Project Loon谷歌气球计划」,来自谷歌内部最神秘的一个部门Google X Lab,这个项目堪称谷歌最疯狂的计划之一。

篇幅长度 3761 字,预计阅读时间:5分钟。


谷歌气球计划是一个充满野心的项目,试图用漂浮在平流层的氦气球为偏远地区送去互联网,入选《麻省理工科技评论》2015 年度 10 大突破技术之一。 alt

攀上 170 级积着厚厚灰尘的木质楼梯机场的二号机棚,这高高的房梁是欣赏谷歌公司这个古怪项目的最佳场所。这座巨大,灯光昏暗的停机棚建于 1942 年,在战时用来存放飞艇,它同时也见证了美国逐渐成长为科技霸主的过程。而谷歌公司的这个最新计划也是美国科技统治地位近年来的又一大例证。 地面上的工作人员好似蚂蚁一般细小。这两只气球每只直径 15 米,远远望去好像两个白色的大南瓜。谷歌已经发射了好几百只这样的充着氦气的大气球。 就在此时,数十只气球正漂浮在海拔 20 000 米处的平流层飞越南半球。这是个飞行器罕至的高度,几乎是普通民用飞机飞行高度的两倍。每个气球都携带了一个小箱子,配备有太阳能电池板和电子设备。 这些电子设备将为地面带去无线通信网络,为覆盖范围内的智能手机和其他设备提供蜂窝数据信号。这就是我们所知的“谷歌气球”计划(Project Loon)。用 Loon 来命名这个计划包含了两层意思:一曰飞翔,二曰疯狂(译者注:loon 这个英语单词有两个意思——潜鸟和疯子)。 alt

全世界有将近 60% 的人口还无法连上互联网,因为这 43 亿人中的大多数都住在偏远地区,电信公司认为在那些地方投资修建基站等基础设施是毫无意义的。谷歌气球计划将为这些人带来福音。经过 4 年的不懈努力和研究,谷歌气球的试飞里程超过了 300 万千米,如今它们准备大展宏图。

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图中的气球已经充入氦气,这个充气量可以让它们飞达平流层。气球通过“内气囊”来控制升降:充入空气则气球下降,反之则会上升。

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谷歌气球携带的箱子重达 15 公斤,里面配备了可遥控的电脑以及与地面互联网连接的电子装置。

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这个气球在实验中被故意过量充气引爆,以此来寻找气球材料的缺陷。

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谷歌气球可以通过缓慢放气来降落,同时它也配备了降落伞以应付紧急情况。 对于一家大型上市公司而言,仅仅出于对世界最贫困人群的关心来建造大量基础设施听起来是很荒谬的。但是对于像谷歌这样主要盈利来自广告的网络公司,除了帮助和改造世界以外,还有更多的其他理由促使它去实施谷歌气球计划。它其实非常深谋远虑:要再去找一个像美国这么大的互联网市场是非常困难的,这些被“拉上线”的数十亿人口是一个宝藏,从他们身上可以挖掘出更多的广告价值。正因为如此,谷歌气球甚至还有了它的竞争对手:另一家互联网企业“脸书”(Facebook)于 2014 年收购了一家太阳能无人机制造公司,自此脸书也开始开展它自己的空中互联网基站计划。 气球技术革命 2012 年,谷歌的秘密实验室“X lab”在加州的中央谷地(Central Vallay)首次发射气球。当时,气球所携带的盒子上面印着大写的“无害科学实验”的标语,旁边还印着一个电话号码以及一行字“捡到归还,必有重谢”。盒子里面是一个改造过的商用无线路由器。制造气球的是两个从时装界挖来的裁缝,所需的全部材料都是从各种硬件商店里买来的。 谷歌对于平流层飞行器作出了许多重大改进,其中最重要的是研发了一项技术,可以在数千千米的范围内对这些无动力气球进行导航。平流层在过去一般只有气象气球和侦察机才会上来玩耍。这里高于云层,不受雷电和民用机的干扰,但是风却很大,有时候风速会高达 300 千米 / 时。而稳定的无线网络服务就意味着必须保证每个覆盖点的 40千米内至少有一个气球。 谷歌用电脑建模的方式解决了这一难题。平流层内每一层风的速度和方向都不一样,因此只要改变气球的高度,就可以顺着合适的风,把气球送到谷歌想要它去的地方。气球的高度控制可以由气球内气囊的充放气来实现。谷歌的数据中心风力和风向预报转化为平流层风向风力图,这样就可以通过软件来控制气球的走向了。用这样的方法,整个气球“舰队”就可以相互合作,让某个特定的区域上空总会有一个气球存在。

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初版的导航系统每天给气球发送一次指令:气球先在高空闲逛一阵,然后随风向东一路飞越太平洋,然后改变高度,搭乘最快的风,最后到达智利,全程 9 000 多千米。谷歌在 2014 年下半年升级了气球导航系统,指令的刷新频率变成了 15 分钟一次,大幅提升了导航的精度。到了 2015年初,有气球在导航系统的引导下飞行了 10 000 千米,离最终目标基站的误差仅有 500 米。 除了导航系统以外,谷歌还必须提高气球的强度,让气球能够在平流层停留更长的时间,因为这将直接关系到整套系统的运营成本。然而,出于限重的考虑,气球的蒙皮必须做到尽可能的薄。用聚乙烯塑料做出来的气球看起来就像个笨重的垃圾袋,用手一戳就破。不仅如此,工厂里面扬起的沙子可能会轻易地在气球膜上留下一个个针孔大小的窟窿,这样的气球上天以后恐怕坚持不了两周。 气球项目里有一个专项小组专门解决漏气问题。这个小组的成员们四处搜寻每一种漏气的可能性并找出应对方法。他们仔细研究从平流层里回收的气球,反复观看地面上故意过量充气引起气球爆炸的录像,并且还发明一个“漏气探测仪”,通过探测氦气的方法来寻找气球上的小洞。防漏小组的研究结果直接导致气球蒙皮的设计和生产过程发生了一系列改变,比如工人们踩在气球蒙皮上时必须穿上松软的袜子,而一些新的机器也被投入到生产中以实现某些步骤的自动化。2013 年夏,谷歌气球在天上待 8 天就必须回收,而现在气球在空中的平均停留时间超过了 100 天,大多数气球都能超过这个数字。2015 年,一个气球甚至绕地球转了 19 圈,在天上足足待了 187 天。

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卡西迪认为,现在的技术已经足以确保开始全球范围内的平流层互联网服务试验了。2015 年以来,他们做了很多试验工作。2015 年,谷歌在南半球绕地球一周的狭长区域测试了“准连续”的互联网服务。选择南半球的一部分原因是因为南半球的国家比较少,需要获取的许可证也相对较少。尽管这条狭长地带大部分是海洋,谷歌依然发射了 100 个气球绕着地球转。“在 90% 的时间里,这片区域的人们头顶上或许都至少有一只气球经过,并且可以使用它的服务。”卡西迪如是说。至于网络的速度,谷歌 X lab 负责人阿斯特罗•特勒(Astro Teller)在 2016 年的一次 TED 演讲中介绍说,谷歌气球传输网络的速度已达每秒 15M,甚至可以用来观看网络视频了。 2016 年年初,谷歌气球开始在斯里兰卡进行测试,总共放飞了十几个气球。斯里兰卡共有 2 000 万人口,但只有 330 万人拥有手机网络,63 万人拥有固网连接。目前,这个测试项目进展十分顺利,预计最多只需花费一年,就能正式投入运营。斯里兰卡电信与电子基础设施部部长哈林•费尔南多(Harin Fernando)说,如果试验成功,斯里兰卡将继梵蒂冈之后,成为全世界第二个全境覆盖 LTE 网络的国家。 除了斯里兰卡之外,印度也是一个巨大的潜在市场。根据印度互联网与移动通信协会的数据,印度目前共有 4.02 亿互联网用户,仍有 2/3 的人口无法上网。因此,谷歌正在与印度几家电信运营商共同商讨合作计划。2015 年,印度政府曾对该项目表示了担忧。而且,脸书的印度互联网项目由于只向用户提供非常有限的网络服务(其中当然包括了脸书自己的服务)而遭到诟病,被指违反了网络中立原则,导致当地电信监管部门于 2 月初屏蔽了该服务。但谷歌气球的运营模式或许能规避这个风险,因为他们只和当地运营商合作,而不会开辟自己的频段。近期,现任谷歌母公司Alphabet CEO 的桑德尔•皮蔡(SundarPichai)与印度总理纳伦德拉•莫迪(NarendraModi)进行了会谈,或许能为气球计划打开绿灯。 2015 年 10 月,谷歌还宣布与印度尼西亚的三家电信运营商达成合作,准备为印尼的 17 000 座岛屿带去互联网。

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应用前景光明 “虽然只有几分钟,但那是非常美妙的几分钟。”希瓦娜•佩雷拉(Silvana Pereira)这样说道。佩雷拉是巴西东北部偏远地区一所小学的校长。她回忆起 2014 年夏天的一堂特别的地理课。多亏了那只高高漂浮在平流层的气球,这里的学生们在课堂上用到了互联网。佩雷拉所在的这片地区向来是无法上网的,而在那节关于葡萄牙的地理课上,老师借助维基百科和在线地图向孩子们传授了更多的知识。“孩子们是如此的好学,课堂上的 45 分钟时间对他们来说还不够,他们想要获得更多的知识。”佩雷拉说道。

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佩雷拉的小学其实和一座人口上百万的城市只相距 100 千米,但是贫穷和人口稀疏导致巴西没有任何电信公司愿意在这里投资一座基站。谷歌气球的目标就是改变这一切。卡西迪说,一个谷歌气球可以同时连接数千个用户,而它一天的运行费用只有几百美元。然而谷歌公司没有说明搭建整套系统的费用,甚至没有透露到底有多少人参与了谷歌气球计划。 卡西迪完全不担心他的气球在与无人机和卫星的竞争中落于下风。谷歌和脸书都在开展无人机计划,旨在用高空无人机向地面发送无线网络。而SpaceX公司的 CEO 伊隆•马斯克(Elon Musk)正在探索用卫星实现这一目的。目前,无人机和卫星的进度都远远落后于谷歌气球计划,而且相比之下,无人机和卫星的成本要高得多。“在很长一段时间里,气球都会保持相当大的成本优势。”卡西迪说道。不过,谷歌看起来准备全面开花。除了投资气球和无人机以外,它还于2015 年 1 月向SpaceX注资 9 亿美元。

技术瓶颈并不是让这43亿人上不了网的唯一原因。举个例子,印度政府明文规定所有电信公司不分富人区和贫民区,都必须覆盖上网络。然而政府并没有贯彻并且确保这条规定得以实施。基于谷歌等互联网公司过去在发展中国家的所作所为,亚伯拉罕对于谷歌气球计划抱着谨慎的态度。这些互联网公司与印度等国家的电信公司达成协议,让这些公司可以免费使用它们的服务,以此来削弱当地其他同行的竞争力。

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“所有带着钱包和新技术来的人,我都表示欢迎。”亚伯拉罕说。但是他又补充道:政府必须制定并完善相关法律和规定,确保除谷歌和它的合作伙伴以外的所有人都能从中获益。 谷歌气球计划的参与者们坚信这个项目一定可以为公众带来益处。“让人们活得更好”这个信念对他们的重要程度,甚至不亚于他们对气球技术的极致追求。回想起佩雷拉的学生们在接通了互联网以后上。地理课时快乐的样子,卡西迪的语气有点激动。“世界将会因此改

转自:http://www.sohu.com/a/121292816_479074

本文链接:https://www.daguanren.cc/post/google-balloon.html

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