让更多人上网的谷歌气球是如何运作的?

腾讯科技讯 3 月 4 日,在距离地面几百英尺的空中,沿着一条木质走道,慢慢地向墨菲特联邦机场(Moffett Federal Airfield)的机库移动,在那里,‍谷歌最古怪且最神秘的部门,正测试 Project Loon 最新原型机。从空中向下看,有两个巨大的气球,充满气,左右摇晃着。谷歌的工程师们就像蚂蚁一样,围着这两只气球转。

“好消息,”谷歌X实验室公关部门负责人凯特琳·贾巴里(Katelin Jabbari)说道,“好像要爆炸了。”

谷歌 Project Loon 有一个大胆的目标,即将装有特殊设备的气球,放到大气层上空,使之成为空中的网络节点,以此为发展中国家及偏远地区提供廉价及稳定网络连接。现下,Project Loon 项目团队正在进行充气测试,来测量这个巨大的白色气球在爆炸前所能够承受的最大压值。测试压力值达到了 1000 帕斯卡。“(在这种压值下)气球一般都不会保持很久。”贾巴里表示。

在地面的项目团队成员又发送了一则报告。“现在的压值达到 1100 了,”贾巴里说道。“我从没想过会达到这么高的压值。”气球的边缘出现了一个膨胀凸起,几名工程师带着一个大型光谱分析仪急忙跑了过去,查找气球膜层中哪里出现了小断裂,这些是肉眼无法看到的,这些断裂可能会让气球出现漏气现象。“好,压值达到了 1200,新纪录。”贾巴里几分钟后说道。“接下来会发生什么,我现在完全没有头绪。”

这句话用在 Project Loon 这个项目上,再合适不过。当 Project Loon 穿越了空中飘浮网络要面对的重重技术难关之时,其就要进入一个未知的领域,那就是,构建一个实实在在的业务。

周一,谷歌高级副总裁桑达尔·皮查伊(Sundar Pichai)透露了 Project Loon 的最新用途。皮查伊在社交网络上发文表示,“(Project Loon)四年前只是作为一个实验性想法而启动的项目。一想到这个项目,就会觉得有点疯狂。”不过,皮查伊表示,他们已经取得了“很大进展”,大幅提升了他们的数据传输速度即覆盖范围。早期研发的型号仅仅能在空中停留几天时间,而该项目的商业可行性目标是,让这些气球在空中飘浮三个月。“今天,我们高兴地宣布,大部分气球在空中飘浮停留的时间可长达 6 个月。”皮查伊说道。

这些气球目前最新的空中停留时间记录是 187 天,绕着地球飞九圈,飞越四大洲十余个国家。谷歌X实验室的那些神秘项目中,谷歌眼镜失败,无人驾驶汽车距离商业化有段时间,在这种情况下,Project Loon 就渐渐地被视作谷歌X实验室向世界展示其颠覆性新技术的代表研究项目。

在与数家电信运营商成功进行测试后,Project Loon 现正寻求与全球数家网络运营商达成商业协议。“我们认为,空中气球确实开始运作了,而且我们已经开始在进行大规模测试。”皮查伊说道。“我们将会与世界各地的运营商合作伙伴进行合作,让他们能够在我们的支持下构建自己的服务。”

Project Loon 的诞生,源自谷歌两位创始人拉里·佩奇(Larry Page)及谢尔盖·布林(Sergey Brin)一直以来对于高空气球的热爱。谷歌X实验室负责人阿斯特罗·泰勒(Astro Teller)解释道,“我们可以做一些他们想不到的东西,然后展示给他们看,让他们为之兴奋;我们也可以去做他们已经为之感到激动的项目,只不过没人知道从何开始着手,以及如何让其开始运作。”

在谷歌X实验室里,迈克·卡西迪(Mike Cassidy)负责“让项目开始运作”。卡西迪是一名多面手企业家,具有很强的商业敏感力,能够洞悉下一个流行风潮。在加入谷歌之前,卡西迪创立并出售了四家初创企业,其中包括搜索引擎 DirectHit,该搜索引擎上线仅 500 天,美国在线搜索引擎 ASK Jeeves 便已 5.32 亿美元价格将其收购。2010 年,谷歌收购了卡西迪创建的旅游搜索初创企业 Ruba。自那之后,卡西迪开始在谷歌效力。最初,卡西迪在谷歌核心搜索产品部门工作,直到 2012 年,泰勒发出了邀请,他表示需要一名具有创业经验的人员。不过,除了创业经验之外,卡西迪还具备一些不为人所知的独特技能。

“我在 MIT 的本科和研究生学位都是航空航天工程专业。”卡西迪解释道。在踏足软件创业市场之前,卡西迪“曾做过一阵子通信卫星设计工作”,在那里,他亲眼目睹了缓慢到令人感到痛苦地项目研发过程。“建立一颗卫星可能需要花费 3 至 4 年时间,等到卫星发射,还需要 1 年。如果卫星要在空间站运行 10 至 12 年,那么,你现在使用的,就是 5 年前、7 年前甚至 10 年前的技术。”

在泰勒的谷歌X实验室,项目研发进程相对更快一些。卡西迪表示,无论是什么项目,其初始阶段都很简单。“我们试图证明这个项目是不可行的。所以,我们做的第一件事就是,把一个路由器放置在气象气球上,让其飘到距地面 10 公里的空中,看看我们是否还能够接收到信号。结果证明是可以的。”

如果说你脑海中浮现的画面是,一个在环境恶劣的平流层中飘浮的灵敏计算机系统,那么你可能无法想象,这个灵敏的系统最初是装在一个价值不过两块前的野餐盒中。不过在X实验室,最简单的解决方法通常也是最好的,因此,早期 Loon 气球的飞行控制器都是装在一个塑料泡沫盒里。Loon 项目团队一直保留着最初的那组装置,作为纪念。

那之后,Loon 气球的有效载荷舱演变成为了,包裹在金属聚酯薄膜盒子里的一个组装式铝制装置,让其免于遭受气温变化及高强度紫外线照射的所带来影响。这个有效载荷舱悬浮在两块太阳能面板下方,太阳能板通过吸收太阳能提供能量,以驱动所搭载的系统。气球下方悬挂的有效载荷舱看起来就像是一个微型卫星,只不过造价不高且没有花费很多时间。谷歌不会泄露具体所花费的金额,只是说每个气球的造价在“几万美元”。

“通信卫星都非常昂贵,制造卫星需要数亿美元,发射卫星又需要一亿美元,”卡西迪说道,“相反,从每天运行使用的角度讲,即便是针对一个全球网络,气球的造价要便宜一个或两个数量级。”

Loon 一直以延长飞行时间为目标,不过在某些方面,飞行时间较短也是可以是一种优势。“气球的更新时间只有 4 至 5 个月,”卡西迪解释道,“只要新技术和新压缩算法出现,电子设备就可以更新,所以,无论何时,你都拥有一个绝对领先的数据舰队。”

谷歌并非唯一一家致力于扩展网络普及范围的互联网企业。社交网络巨头 Facebook 也在绘制类似计划,欲推出多个方案(包括无人机),以实现自己让互联网服务覆盖全世界的目标。不过,这也引发了一个棘手的问题:全球的超级互联网企业都在利用自己的行业优势地位对发展中国家进行扩张,那么,他们是否能够确保人们可以连接到网络,还是说只能接触到那些特别容许的白名单网站?

Facebook 牵头成立的非营利性组织 Internet.org 在印度与当地合作伙伴达成的网络合作协议中,并不包括自由访问 Twitter、谷歌及其他 Facebook 可能将其视为竞争对手的知名互联网企业。这与网络中立性形成了鲜明对比。

当被问及 Loon 是否会对互联网链接进行限制,或者谷歌是否会利用自己的服务时,卡西迪似乎很吃惊。他表示,“说实话,我不知道。不过,不论互联网有何变化,互联网还是互联网。不论你的主页是什么,Chrome 还是 Chrome。”

泰勒证实,Loon 的互联网是不可知的,你甚至不必使用 Chrome 浏览器,不过谷歌还会是会从中受益。泰勒表示,“我们认为,从长期角度讲,谷歌将会获得很多益处和财务效益。但我们不需要其他目标。”

然而,你也不能只是发射一堆气球就连接世界,目前,Project Loon 的气球只在南半球上空飞行。这个问题的部分关键在于,哪个地区最需要其服务。相较于北半球,南半球的人口稠密度更低,到处都是宽带互联网服务无法触及到的偏远地区。而且这些南半球国家也提供了一个更加友好的监管环境。

Project Loon 气球导航设计负责人乔安·马泰(Johan Mathe)表示,“从空中交通管制方面来讲,南半球的上空更加易于飞行,在那里,不需要进行较多的切换操作。”

作为导航部分设计负责人,马泰表示,Loon 只需要上下移动,在不同的海拔高度寻找风流,借助风流到处飞行。其实,每一个 Loon 装置都是由两个套在一起的气球组成。外层的气球内部的氦气能够帮助 Loon 飘浮至飞行海拔高度,而内层气球中的空气则是用来排出或减少气体来控制 Loon 的漂浮高度,与船只利用水来镇流压舱是一个道理。

利用来自美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,简称 NOAA)的大型数据组,谷歌试图借此利用算法决定 Loon 气球应该乘那一趟气流前往覆盖区域。这种大型数据的利用完全符合谷歌的核心能力。

“我们只获取到 15 天的气象数据,5 到 6 天后,气象数据的质量开始下降。我们无法十分精准地预计未来。”马泰解释道。他所采用的算法,是以由广渐细的方式开始运行。“随着日期越来越近,我们便开始更加频繁地更改海拔高度。”

他展示了 Loon 最近一次从新西兰起飞,飞往智利一座小城的飞行纪录。“我们能够观察到这种航向模式,就像水手一样。”气球飞过的地方距离智利该村庄不到 500 米,并且成功与地面上的设备相连。

不过,风流也并非一直可以预测。在为巴西通讯部部长进行现场展示时,Loon 气球直接飞过既定村落。还有一个 Loon 气球错过了着陆地点,落在了一根电线上,切断了华盛顿州一个小镇的家庭用电。“通常,在南半球飞行时,预定地点在哪里就会呆在那里。至少我们是这样认为的,直到我们飞到了另一个半球。我们当时的反应是,‘开玩笑呢吧!’我们之前认为这种是不可能发生。所以,当时确实很有意思。”马泰笑着说道。

气球要想在世界各国上空到处飞行,让各国政府了解 Loon 的本质及其运作原理将是该项目成功的关键。不过,有些国家可能完全没兴趣让谷歌在自己国家上空发射气球。关于何时及如何定期在这些地区上空发射气球,谷歌拒绝置评。

不过,不仅是发展中国家,一些互联网覆盖率较高的发达国家,也对 Loon 所能够提供的独特互联网数据供应方式有着不小的兴趣。卡西迪最近就曾前往日本东京,与日本政府官员进行了一次会面。卡西迪表示,“在平流层飞行的最大好处之一就是,高于大气层。如果发生飓风或台风,电力和地面的网络连接可能会被切断,这是 Loon 气球就能够非常新颖的方式,立刻为人们提供网络连接。只要他们的手机有电,他们就可以立刻连接至气球的互联网服务中。”

去年,Project Loon 将有效载荷舱的互联网接入服务从 Wi-Fi 更换至 LTE 4G 网络(卡西迪将之称为空中漂浮的数据塔),网络连接速度和可靠性都获得了很大提升。Loon 气球与地面基站相连接及气球之间的信号传递,就好比是接力跑。从 Wi-Fi 转换之 LTE,同样也让 Loon 的商业模式得到了很大改进,原因在于,对于无线网络运营商来说,这个转换就是个一揽子解决方案。“电信运营商们如此激动的想要与我们合作的主要原因是,他们想要让当地所有人都用到自己的网络。”卡西迪说到。

多数情况下,能不能进太空,要政府说了算。但事实上,为偏远落后地区构建有线网络、信号塔和光纤,从成本上讲并不划算。“但从另一方面看,放一只气球到空中的成本就会非常低。”

Project Loon 项目团队最近又实现了一个里程碑,首次成功实现跨多大陆的互联网连接测试。从新西兰放飞的气球,飞行 9000 公里之后抵达拉丁每周,成功提供互联网连接服务后,又返回地球另外一端的澳大利亚,再一次成功实现互联网连接,且气球停留的地点与目标地点之间的距离不到 500 米。

目前,Loon 已分别与 Vodafone、Telstra 及 Telefonica 等运营商合作,在新西兰、澳大利亚及拉丁美洲等地进行了测试,而且该项目目前还正在与全球另外多家网络运营商就商业合作事宜进行商讨。这些运营商,拥有频谱,具备基础设施架构,并且有消费者购买他们的服务。谷歌获得了这些频谱的使用许可,为这些运营商提供空中信号塔,与他们分享来自新客户的营收。

卡西迪表示,“有时候,人们认为谷歌X是一个搜索实验室,,其实不尽然。在项目成立初期的分析阶段,其必须具备一个可行的商业模式,而他们对商业模式的要求很严苛。”

卡西迪说话时的声调,会随着情绪的激动升高。“想想看,全球有 45 亿人没有使用过互联网,其中5%,就有 2.5 亿人,如果这些人只拿出月收入的很小一部分用于互联网服务,比如 5 美元,那么,你每个月的营收就能够达到 10 一美元,一年营收就能够达到数百亿美元。所以,这是个好商机。”他说道。

在墨菲特联邦机场的机库里,之前还充满气的气球开始慢慢瘪下去,Project Loon 的工程师团队发出欢呼,等待着下一次继续创造新的纪录。帕米拉·戴斯罗切斯特(Pamela Desrochers)曾经是一位时尚设计师,现在是 Project Loon 的项目经理。她痴迷于 Project Loon 的每一个细节,如何让 Loon 的空中停留时间更长,从材料到工人们踩在气球上是必须穿着的特制袜子等等,巨细靡遗。戴斯罗切斯特表示,“这之前,从来没有人会想要让气球质量更加可靠,让气球去完成我们所要求的事情。之前,这只是一个获取知识的工具,现在我们则在尝试从中寻找商机。”

在这个机库,Loon 项目的成员们都致力于寻找更好的构造技术。不过有一点很明确,那就是,Loon 就是一个超大型谜题,只不过这个谜题包含了气球、卫星、纤维和地面无线。与 Facebook 一样,谷歌想要提供互联网接入服务,这样,谷歌的其他服务才能够覆盖到世界的每一个角落,无论这个角落有多偏远。

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