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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  Google的懶人氣球
  那福忠 March 02, 2015
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   去年夏天,在巴西東北角一個偏僻的貧窮小鎮,上學的孩子們體驗了一堂難忘的地理課,連線上網閱讀葡萄牙語(巴西使用的語文)的維基百科,以及觀看線上地圖,激發了孩子的求知慾,可惜這堂課只有 45 分鐘。這個小鎮雖然距離附近的大城僅有一百公里,因為太窮,電信業者沒有意願把互聯網延伸到這裡,這 45 分鐘的連網是藉 Google 在天上飄的氣球轉接過來的,讓孩子們第一次上網。我們每天上網,網路成為生活的一部份,視為理所當然,但全球仍有 43 億也就是 60% 的人,因為窮困或地理環境偏僻,享受不到這份奢侈。


(Google 氣球把網路帶進偏遠險峻的地方、取自 eandt.theiet.org)

   GoogleX 如眾所周知是 Google 的秘密實驗室,研發許多不為外人所知的技術,直到成熟才對外公佈,像眼鏡、無人駕駛汽車都是出自這個實驗室。氣球傳遞網路信號也是其中之一,是近年才宣佈的,一年多以前開始實地測試,巴西就是其中之一,另一區是紐西蘭,澳洲是下一個測試區,最終目標是把全球不能上網的地區,用氣球接力的辦法,把網路信號一一傳遞過去。Google戲言說這個異想天開的點子只有懶人才想得出來,索性把這個專案叫「懶人」(Loon),主角氣球 (Balloon) 的後半個字就是 Loon,多巧。

   氣球充滿氦氣,上升到距地面 10 到 60 公里的同溫層飄浮,每一氣球的信號可涵蓋 40 公里方圓的地表面,所以要升空很多個氣球,藉氣球之間彼此傳遞信號,來擴增涵蓋面積。聯繫的方法相當把氣球當作基地台,先由地面把請求連網的信號,透過特製的天線送到上空的氣球,氣球再接力把信號傳給鄰近的氣球,最後傳到一個氣球把信號傳給地面網路服務機構,網路就這樣接通了。(見下面示意圖、取自網路)

   同溫層的氣體稀薄,大氣壓力僅有海平面的百分之幾,所以氣球用堅韌的聚乙烯塑膠製成,來防止因內部壓力過大漏氣,這樣可以在同溫層停留 100 天以上。氣球結構的頂端是主氣球,是充氣的部份,充足氣寬 15 米高 12 米,看起來像個南瓜,下面接一個很長的不充氣氣球,用來懸吊網路通信設備如下圖由人手扶的四方板。氣球能上升也要能下降,所以在主氣球裡面加裝一個小氣囊 (Ballonet),來控制氣球的高度,因為氣囊裡的空氣重於使氣球飄浮的氦氣,所以減少氣囊空氣可以讓氣球上升,增加氣囊空氣就讓氣球下降。


(氣球升空前準備、取自網路)

   通信設備由太陽能供應能源,兩片傾斜的吸光板安裝在兩側,便於接受各種角度的陽光,可以製造 100 瓦的電力,足夠通信與電池儲存使用,所以每個氣球在能源上可以自給自足。通信設備是傳遞信號的核心,有控制系統,與鄰近氣球通訊的電無線電天線,以及與地面網路通訊的天線。

   氣球在設計看上去並不複雜,但要天上的氣球持續不斷與地面網路連接,成為最大的挑戰。氣球飄浮在 20 公里上空的同溫層,雖然在飛機與驟變的氣候之上,但時有高達時速 300 公里的強風,而且吹的方向隨高度不同經常變化,氣球本身沒有動力,只能隨風飄浮,無法預測能到達指定的位置。

   為了解決這一難題,開發控制軟體讓氣球升降改變飄浮方向,以即時的同溫層風向變化資訊作為參數,機動調節氣球網的移動,經多次測試,終於讓氣球飄浮一萬公里以後,能到達距指定點中心僅距 500 米的上空,一個氣球可以涵蓋地面方圓 40 公里,所以控制氣球移動的軟體算是成功。


(氣球在不同風層升降高度改變移動方向示意圖、取自網路)

   Google 的笨氣球計畫還在測試,預估一到兩年可以在某些偏遠地區正式升空,最終目標是把還沒有連線的 43 億人連線上網。Google 雖然是一家私人公司,為全球做的「慈善事業」也不少,但 Google 也是一家網路公司,從網路廣告與 Youtube 的收入占了 69%(CNN),從經濟著眼,網路成熟地區的市場擴展有限,但 43 億人的新網路市場,有多大潛力自不待言。

   發展全球上網 Google 並不孤單,臉書一年前成立 Internet.org,研究把網路帶進貧窮偏遠的地方,但不用氣球用無人飛機,不是我們看見的無人小飛機,是波音 747 那麼大的無人大飛機,用 11,000 千架飛在 27 公里的同溫層巡邏,可以提供全球 40 億人上網服務。27 公里高空的飛機沒有法規限制,以後是不是可以用衛星的法規,還有目前規定每一無人飛機必需有一地面飛行員,也是沈重負擔,是臉書寄望於修改法規來克服的。


(臉書用無人飛機連接偏遠地區上網、取自英國 telegraph.co.uk)

   於是,有了「同溫層交通規則」,無論氣球纏住了無人飛機,還是無人飛機撞破了氣球,若雙方不能在空中和解,只有下地在「同溫層法庭」見了。






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