Спутниковый доступ в Интернет — это доступ в Интернет , предоставляемый через спутники связи ; если он может поддерживать высокие скорости , он называется спутниковым широкополосным доступом . Современные услуги спутникового Интернета потребительского уровня обычно предоставляются индивидуальным пользователям через геостационарные спутники , которые могут предложить относительно высокие скорости передачи данных, [1] при этом более новые спутники используют диапазон Ku для достижения скорости передачи данных до 506 Мбит/с . [2] Кроме того, на низкой околоземной орбите разрабатываются новые спутниковые интернет-созвездия , которые позволяют осуществлять доступ в Интернет с малой задержкой из космоса.
После запуска первого спутника «Спутник-1» Советским Союзом в октябре 1957 года США успешно запустили спутник Explorer 1 в 1958 году. Первым коммерческим спутником связи был Telstar 1 , построенный Bell Labs и запущенный в июле 1962 года.
Идея геостационарного спутника — такого, который мог бы вращаться вокруг Земли над экватором и оставаться неподвижным, следуя вращению Земли, — была впервые предложена Германом Поточником в 1928 году и популяризирована писателем-фантастом Артуром Кларком в статье в Wireless World в 1945 году. [3] Первым спутником, успешно достигшим геостационарной орбиты, был Syncom3 , построенный Hughes Aircraft для NASA и запущенный 19 августа 1963 года. Последующие поколения спутников связи, отличающиеся большей емкостью и улучшенными эксплуатационными характеристиками, были приняты для использования в телевизионной доставке, военных приложениях и телекоммуникационных целях. После изобретения Интернета и Всемирной паутины геостационарные спутники привлекли внимание как потенциальное средство предоставления доступа в Интернет.
Значительным фактором, способствующим развитию спутникового Интернета, стало открытие диапазона K a для спутников. В декабре 1993 года компания Hughes Aircraft Co. подала в Федеральную комиссию по связи заявку на получение лицензии на запуск первого спутника диапазона K a , Spaceway . В 1995 году FCC объявила о приеме заявок на спутниковые приложения диапазона K a от 15 компаний. Среди них были EchoStar , Lockheed Martin , GE-Americom , Motorola и KaStar Satellite, которая позже стала WildBlue .
Среди видных претендентов на раннем этапе развития сектора спутникового Интернета был Teledesic , амбициозный и в конечном итоге провалившийся проект, частично финансируемый Microsoft , который в конечном итоге обошелся более чем в 9 миллиардов долларов. Идея Teledesic заключалась в создании спутникового интернет-созвездия из сотен низкоорбитальных спутников в частотном диапазоне K a , предоставляя недорогой доступ в Интернет со скоростью загрузки до 720 Мбит/с. Однако проект был заброшен в 2003 году. Провал Teledesic, в сочетании с банкротством поставщиков спутниковой связи Iridium Communications Inc. и Globalstar , охладили энтузиазм рынка в отношении развития спутникового Интернета. Первый готовый к Интернету спутник для потребителей был запущен в сентябре 2003 года. [4]
В 2004 году с запуском Anik F2 , первого спутника с высокой пропускной способностью , был введен в эксплуатацию класс спутников следующего поколения, обеспечивающих улучшенную пропускную способность и полосу пропускания. Совсем недавно спутники с высокой пропускной способностью, такие как спутник ViaSat-1 от ViaSat в 2011 году и Jupiter от HughesNet в 2012 году, достигли дальнейших улучшений, подняв скорость передачи данных с 1-3 Мбит/с до 12-15 Мбит/с и выше. Услуги доступа в Интернет, привязанные к этим спутникам, в основном ориентированы на сельских жителей в качестве альтернативы услугам Интернета через коммутируемое соединение, ADSL или классические FSS . [5]
В 2013 году первые четыре спутника созвездия O3b были запущены на среднюю околоземную орбиту (MEO), чтобы предоставить доступ в Интернет «остальным трем миллиардам» людей без стабильного доступа в Интернет в то время. В течение следующих шести лет к созвездию присоединилось еще 16 спутников, которые теперь принадлежат и управляются SES . [6]
С 2014 года все больше компаний объявили о работе над доступом в Интернет с использованием спутниковых созвездий на низкой околоземной орбите . SpaceX , OneWeb и Amazon планировали запустить более 1000 спутников каждая. Только OneWeb привлекла 1,7 миллиарда долларов к февралю 2017 года для этого проекта, [7] а SpaceX привлекла более одного миллиарда долларов в первой половине 2019 года для своего сервиса под названием Starlink . [8] Они ожидали, что к 2025 году их спутниковая группировка принесет более 30 миллиардов долларов дохода. [9] [10] По состоянию на февраль 2024 года у Starlink на орбите находилось 5402 действующих спутника. [11]
Многие планируемые группировки используют лазерную связь для межспутниковых связей, чтобы эффективно создать космическую интернет-магистраль .
В сентябре 2017 года SES анонсировала следующее поколение спутников и услуг O3b, названное O3b mPOWER . Созвездие из 11 спутников MEO обеспечит 10 терабит емкости по всему миру через 30 000 точечных лучей для услуг широкополосного интернета. Первые два спутника O3b mPOWER были запущены в декабре 2022 года, еще девять запланированы к развертыванию в 2023-2024 годах, а начальный запуск услуг ожидается в третьем квартале 2023 года. [12] [13]
С 2017 года такие авиакомпании, как Delta и American, внедряют спутниковый интернет как средство борьбы с ограниченной пропускной способностью на самолетах и предлагают пассажирам приемлемую скорость интернета. [14]
По состоянию на 2024 год [update]компаниями, предоставляющими услуги домашнего интернета в Соединенных Штатах через спутник, являются ViaSat (через свой бренд Exede) , EchoStar (через дочернюю компанию HughesNet) , Starlink и Project Kuiper . [15]
ЕС планирует начать проект IRIS² в 2020-х годах. [16]
По состоянию на 2023 год [update]Китай находится в процессе разработки собственной государственной спутниковой интернет-группировки , которой управляет Chinasat . [17]
Основными предложениями Индии в этой области являются Oneweb и JioSpaceFiber . [18] И по состоянию на 2023 год, развлекательные лицензии для Starlink и Project Kuiper. [19]
Спутниковый Интернет обычно опирается на три основных компонента: спутник — исторически на геостационарной орбите (или GEO), но теперь все чаще на низкой околоземной орбите (LEO) или средней околоземной орбите (MEO) [20] — ряд наземных станций, известных как шлюзы, которые передают данные Интернета на спутник и со спутника с помощью радиоволн ( микроволн ), и дополнительные наземные станции для обслуживания каждого абонента, с небольшой антенной и приемопередатчиком . Другие компоненты системы спутникового Интернета включают модем на стороне пользователя, который связывает сеть пользователя с приемопередатчиком, и централизованный центр сетевых операций (NOC) для мониторинга всей системы. Работая совместно с широкополосным шлюзом, спутник управляет топологией сети «звезда» , где все сетевые коммуникации проходят через сетевой процессор-концентратор, который находится в центре звезды. При такой конфигурации количество наземных станций, которые могут быть подключены к концентратору, практически безгранично.
В качестве центра новых широкополосных спутниковых сетей позиционируется новое поколение мощных спутников GEO, расположенных на высоте 35 786 километров (22 236 миль) над экватором и работающих в режиме K a -диапазона (18,3–30 ГГц). [21] Эти новые специально созданные спутники спроектированы и оптимизированы для широкополосных приложений, использующих множество узких точечных лучей, [22] которые нацелены на гораздо меньшую область, чем широкие лучи, используемые более ранними спутниками связи. Эта технология точечных лучей позволяет спутникам повторно использовать выделенную полосу пропускания несколько раз, что может позволить им достичь гораздо более высокой общей емкости, чем обычные спутники с широким лучом. Точечные лучи также могут повышать производительность и последующую емкость, фокусируя большую мощность и повышенную чувствительность приемника в определенных концентрированных областях. Точечные лучи обозначаются как один из двух типов: абонентские точечные лучи, которые передают на абонентский терминал и с него, и шлюзовые точечные лучи, которые передают на наземную станцию поставщика услуг и с нее. Обратите внимание, что выход за пределы плотного охвата точечного луча может значительно ухудшить производительность. Кроме того, точечные лучи могут сделать невозможным использование других важных новых технологий, включая модуляцию «несущая в несущей ».
В сочетании с технологией точечного луча спутника в сети традиционно использовалась архитектура изогнутой трубы , в которой спутник функционирует как мост в космосе, соединяющий две точки связи на земле. Термин «изогнутая труба» используется для описания формы пути данных между передающей и принимающей антеннами, при этом спутник располагается в точке изгиба. Проще говоря, роль спутника в этой сетевой схеме заключается в ретрансляции сигналов с терминала конечного пользователя на шлюзы интернет-провайдера и обратно без обработки сигнала на спутнике. Спутник принимает, усиливает и перенаправляет носитель на определенной радиочастоте через путь сигнала, называемый транспондером. [23]
Некоторые спутниковые созвездия на НОО, такие как Starlink и предлагаемое созвездие Telesat, будут использовать лазерное коммуникационное оборудование для высокопроизводительных оптических межспутниковых связей. Взаимосвязанные спутники позволяют осуществлять прямую маршрутизацию пользовательских данных со спутника на спутник и эффективно создавать космическую оптическую ячеистую сеть , которая обеспечит бесшовное управление сетью и непрерывность обслуживания. [24]
Спутник имеет свой собственный набор антенн для приема сигналов связи с Земли и передачи сигналов в целевое местоположение. Эти антенны и транспондеры являются частью «полезной нагрузки» спутника, которая предназначена для приема и передачи сигналов в различные места на Земле. То, что обеспечивает эту передачу и прием в транспондерах полезной нагрузки, — это подсистема ретранслятора (РЧ (радиочастотное) оборудование), используемая для изменения частот, фильтрации, разделения, усиления и группировки сигналов перед их направлением по адресу назначения на Земле. Высокоусиленная приемная антенна спутника передает переданные данные транспондеру, который фильтрует, преобразует и усиливает их, а затем перенаправляет их на передающую антенну на борту. Затем сигнал направляется в определенное место на земле через канал, известный как носитель. Помимо полезной нагрузки, другой основной компонент спутника связи называется шиной, которая включает в себя все оборудование, необходимое для перемещения спутника в нужное положение, подачи питания, регулирования температуры оборудования, предоставления информации о состоянии и отслеживании и выполнения множества других эксплуатационных задач. [23]
Наряду с впечатляющими достижениями в области спутниковых технологий за последнее десятилетие, наземное оборудование также развивалось, извлекая выгоду из более высоких уровней интеграции и увеличивая вычислительную мощность, расширяя границы как пропускной способности, так и производительности. Шлюз — или Gateway Earth Station (полное название) — также называют наземной станцией, телепортом или концентратором. Термин иногда используется для описания только антенной тарелки, или он может относиться к полной системе со всеми связанными компонентами. Короче говоря, шлюз получает радиоволновые сигналы со спутника на последнем участке обратной или восходящей полезной нагрузки, перенося запрос, исходящий от сайта конечного пользователя. Спутниковый модем в месте расположения шлюза демодулирует входящий сигнал с наружной антенны в IP-пакеты и отправляет пакеты в локальную сеть. Сервер доступа/шлюзы управляют трафиком, передаваемым в/из Интернета. После того, как первоначальный запрос был обработан серверами шлюза, отправлен в Интернет и возвращен из него, запрошенная информация отправляется обратно в качестве прямой или нисходящей полезной нагрузки конечному пользователю через спутник, который направляет сигнал на абонентский терминал. Каждый шлюз обеспечивает подключение к магистральной сети Интернет для обслуживаемых им шлюзовых лучей.
Система шлюзов, входящих в состав спутниковой наземной системы, обеспечивает все сетевые услуги для спутниковой и соответствующей наземной связи. Каждый шлюз обеспечивает мультисервисную сеть доступа для подключения абонентских терминалов к Интернету.
Поскольку континентальная часть США находится к северу от экватора, все антенны шлюза и абонента должны иметь беспрепятственный обзор южного неба. Благодаря геостационарной орбите спутника антенна шлюза может оставаться направленной в фиксированном положении.
Для того чтобы предоставленное заказчиком оборудование (т. е. ПК и маршрутизатор) могло получить доступ к широкополосной спутниковой сети, заказчику необходимо установить дополнительные физические компоненты:
На дальнем конце наружного блока обычно находится небольшая (2–3 фута, 60–90 см в диаметре) отражательная антенна тарельчатого типа. Антенна VSAT также должна иметь беспрепятственный обзор неба, чтобы обеспечить надлежащую прямую видимость (LOS) для спутника. Для обеспечения правильной настройки антенны на спутнике используются четыре физические характеристики: азимут , высота, поляризация и наклон . Сочетание этих настроек дает наружному блоку LOS для выбранного спутника и делает возможной передачу данных. Эти параметры обычно устанавливаются во время установки оборудования вместе с назначением луча (только для диапазона Ka ) ; все эти шаги должны быть выполнены до фактической активации обслуживания. Передающие и принимающие компоненты обычно устанавливаются в фокусной точке антенны, которая принимает/отправляет данные со спутника/на спутник. Основные части:
Спутниковый модем служит интерфейсом между внешним блоком и оборудованием, предоставленным клиентом (например, ПК, маршрутизатором), и управляет спутниковой передачей и приемом. От передающего устройства (компьютера, маршрутизатора и т. д.) он получает входной битовый поток и преобразует или модулирует его в радиоволны, изменяя порядок входящих передач на обратный, что называется демодуляцией . Он обеспечивает два типа подключения:
Спутниковые модемы потребительского класса обычно используют телекоммуникационный стандарт DOCSIS или WiMAX для связи с назначенным шлюзом.
Задержка (обычно называемая «временем пинга») — это задержка между запросом данных и получением ответа или, в случае односторонней связи, между фактическим моментом трансляции сигнала и временем его получения в пункте назначения.
Радиосигналу требуется около 120 миллисекунд, чтобы достичь геостационарного спутника, а затем 120 миллисекунд, чтобы достичь наземной станции, то есть почти 1/4 секунды в целом. Обычно при идеальных условиях физика, задействованная в спутниковой связи, объясняет примерно 550 миллисекунд задержки времени прохождения сигнала туда и обратно.
Большая задержка является основным отличием стандартной наземной сети от геостационарной спутниковой сети. Задержка в обоих направлениях геостационарной спутниковой сети связи может быть более чем в 12 раз выше, чем у наземной сети. [25] [26]
Задержка при передаче данных со спутника может быть губительной для приложений, особенно чувствительных ко времени, таких как онлайн-игры (хотя она серьезно влияет только на шутеры от первого лица или гоночные симуляторы , в то время как многие MMOG-игры могут хорошо работать через спутниковый Интернет [27] ), но IPTV, как правило, представляет собой симплексную операцию (одностороннюю передачу), и задержка не является критическим фактором для передачи видео.
Эффект этой задержки можно смягчить с помощью сжатия данных, ускорения TCP и предварительной загрузки HTTP. [28]
Геостационарная орбита (или геостационарная орбита Земли/GEO) — это геосинхронная орбита непосредственно над экватором Земли (0° широты), с периодом, равным периоду вращения Земли, и эксцентриситетом орбиты, приблизительно равным нулю (т. е. «круговая орбита»). Объект на геостационарной орбите кажется наземным наблюдателям неподвижным, в фиксированном положении на небе. Пусковые установки часто размещают спутники связи и метеорологические спутники на геостационарных орбитах, так что спутниковые антенны, которые с ними связываются, не должны перемещаться, чтобы отслеживать их, а могут постоянно указывать на положение на небе, где находятся спутники. Из-за постоянной широты 0° и кругообразности геостационарных орбит спутники на GEO различаются по местоположению только по долготе.
По сравнению с наземной связью, все геостационарные спутниковые коммуникации испытывают более высокую задержку из-за того, что сигнал должен пройти 35 786 км (22 236 миль) до спутника на геостационарной орбите и обратно на Землю. Даже при скорости света (около 300 000 км/с или 186 000 миль в секунду) эта задержка может показаться значительной. Если бы все другие задержки сигнализации можно было устранить, радиосигналу все равно потребовалось бы около 250 миллисекунд (мс), или около четверти секунды, чтобы добраться до спутника и обратно на землю. [29] Абсолютный минимальный общий размер задержки варьируется из-за того, что спутник остается в одном месте в небе, в то время как наземные пользователи могут находиться прямо под ним (с задержкой туда и обратно 239,6 мс) или далеко на стороне планеты около горизонта (с задержкой туда и обратно 279,0 мс). [30]
Для интернет-пакета эта задержка удваивается до получения ответа. Это теоретический минимум. Факторизация других обычных задержек от сетевых источников дает типичную задержку одностороннего соединения от 500 до 700 мс от пользователя до интернет-провайдера или около 1000–1400 мс задержку для общего времени приема-передачи (RTT) обратно к пользователю. Это больше, чем большинство пользователей коммутируемого доступа испытывают при типичной общей задержке 150–200 мс, и намного выше типичной задержки в 15–40 мс, испытываемой пользователями других высокоскоростных интернет-услуг, таких как кабельное или VDSL . [31]
Для геостационарных спутников нет способа устранить задержку, но проблема может быть несколько смягчена в интернет-коммуникациях с функциями ускорения TCP , которые сокращают кажущееся время кругового обхода (RTT) для пакета путем разделения («спуфинга») цикла обратной связи между отправителем и получателем. Определенные функции ускорения часто присутствуют в последних технологических разработках, встроенных в спутниковое интернет-оборудование.
Задержка также влияет на инициирование защищенных интернет-соединений, таких как SSL , которые требуют обмена многочисленными фрагментами данных между веб-сервером и веб-клиентом. Хотя эти фрагменты данных невелики, многочисленные циклы обмена, участвующие в рукопожатии, приводят к длительным задержкам по сравнению с другими формами интернет-соединения, как это задокументировано Стивеном Т. Коббом в отчете 2011 года, опубликованном Rural Mobile and Broadband Alliance. [32] Это раздражение распространяется на ввод и редактирование данных с использованием некоторых приложений Software as a Service или SaaS , а также на другие формы онлайн-работы.
Такие функции, как интерактивный доступ к удаленному компьютеру в реальном времени, например, виртуальные частные сети , могут быть затронуты высокой задержкой. Многие протоколы TCP не были разработаны для работы в средах с высокой задержкой.
Спутниковые группировки на средней околоземной орбите (MEO) и низкой околоземной орбите (LEO) не имеют таких длительных задержек, поскольку спутники находятся ближе к земле. Например:
В отличие от геостационарных спутников, спутники LEO и MEO не остаются в фиксированном положении в небе, и с меньшей высоты они могут «видеть» меньшую область Земли , и поэтому для постоянного широкого доступа требуется созвездие из многих спутников (для низких околоземных орбит требуется больше спутников, чем для средних околоземных орбит) со сложным управлением созвездием для переключения передачи данных между спутниками и поддержания соединения с клиентом, а также слежения наземными станциями. [20] [37]
Спутникам MEO требуется более высокая мощность передачи, чем спутникам LEO, для достижения той же силы сигнала на наземной станции, но их большая высота также обеспечивает меньшую переполненность орбиты, а их более медленная скорость орбиты уменьшает как доплеровский сдвиг , так и размер и сложность необходимого созвездия. [38] [39]
Отслеживание движущихся спутников обычно осуществляется одним из трех способов:
В мае 2022 года казахстанский оператор мобильной связи Kcell , а также владелец и оператор спутника SES использовали спутниковую группировку SES O3b MEO, чтобы продемонстрировать, что спутники MEO могут использоваться для предоставления высокоскоростного мобильного интернета в отдаленных регионах Казахстана для надежных видеозвонков, конференций и потокового вещания, а также просмотра веб-страниц с задержкой в пять раз ниже, чем на существующей платформе на основе геостационарных орбитальных спутников. [40] [41]
Предлагаемой альтернативой ретрансляционным спутникам являются специальные высотные платформы- самолеты, которые будут летать по круговой траектории над фиксированной точкой на земле, работая под автономным компьютерным управлением на высоте около 20 000 метров.
Например, проект Vulture Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США предусматривал создание сверхлегкого самолета, способного находиться в определенном месте в течение пяти лет и обеспечивать как непрерывное наблюдение за наземными объектами, так и обслуживание сетей связи с чрезвычайно низкой задержкой. [42] Этот проект был отменен в 2012 году до его ввода в эксплуатацию. [ требуется ссылка ]
Бортовые батареи будут заряжаться в дневное время суток через солнечные панели, покрывающие крылья, и будут обеспечивать самолет энергией ночью. Наземные спутниковые интернет-тарелки будут передавать сигналы на самолет и с самолета, что приведет к значительному сокращению задержки сигнала в обоих направлениях — всего 0,25 миллисекунды. Самолеты потенциально смогут работать в течение длительного времени без дозаправки. Несколько таких схем с участием различных типов самолетов были предложены в прошлом.
На спутниковую связь влияют влажность и различные формы осадков (такие как дождь или снег) на пути сигнала между конечными пользователями или наземными станциями и используемым спутником. Это вмешательство в сигнал известно как затухание из-за дождя . Эффект менее выражен в диапазонах низких частот «L» и «C», но может стать довольно серьезным в диапазонах высоких частот «Ku» и «Ka». Для спутниковых интернет-услуг в тропических районах с сильными дождями популярно использование диапазона C (4/6 ГГц) со спутником с круговой поляризацией. [43] Спутниковая связь в диапазоне K a (19/29 ГГц) может использовать специальные методы, такие как большие запасы по дождю , адаптивное управление мощностью восходящей линии связи и сниженная скорость передачи данных во время осадков.
Запасы на случай дождя — это дополнительные требования к линии связи, необходимые для учета ухудшения сигнала из-за влажности и осадков, и они имеют огромное значение для всех систем, работающих на частотах свыше 10 ГГц. [44]
Время, в течение которого теряется обслуживание, можно сократить, увеличив размер антенны спутниковой связи , чтобы собрать больше спутникового сигнала на нисходящем канале, а также обеспечить более сильный сигнал на восходящем канале. Другими словами, увеличение усиления антенны за счет использования большего параболического отражателя является одним из способов увеличения общего усиления канала и, следовательно, отношения сигнал/шум (S/N), что допускает большую потерю сигнала из-за замирания в дожде без падения отношения S/N ниже минимального порога для успешной связи.
Современные антенны-тарелки потребительского класса, как правило, довольно малы, что снижает запас по дождю или увеличивает требуемую мощность и стоимость спутникового нисходящего канала. Однако часто бывает более экономично построить более дорогой спутник и меньшие, менее дорогие потребительские антенны, чем увеличивать размер потребительской антенны, чтобы снизить стоимость спутника.
Большие коммерческие антенны диаметром от 3,7 м до 13 м могут использоваться для увеличения запасов по дождю, а также для снижения стоимости за бит за счет более эффективных кодов модуляции. С другой стороны, антенны с большей апертурой могут потребовать меньше энергии от спутника для достижения приемлемой производительности. Спутники обычно используют фотоэлектрическую солнечную энергию, поэтому нет расходов на саму энергию, но более мощный спутник потребует более крупных, более мощных солнечных панелей и электроники, часто включая большую передающую антенну. Более крупные компоненты спутника не только увеличивают стоимость материалов, но и увеличивают вес спутника, и в целом стоимость запуска спутника на орбиту прямо пропорциональна его весу. (Кроме того, поскольку у спутниковых носителей [т. е. ракет] есть определенные ограничения по размеру полезной нагрузки, увеличение размеров частей спутника может потребовать либо более сложных механизмов складывания для частей спутника, таких как солнечные панели и антенны с высоким коэффициентом усиления, либо модернизации до более дорогой ракеты-носителя, которая может справиться с большей полезной нагрузкой.)
Модулированные несущие могут динамически изменяться в ответ на проблемы с дождем или другие нарушения связи с помощью процесса, называемого адаптивным кодированием и модуляцией, или «ACM». ACM позволяет существенно увеличить скорость передачи данных в условиях обычного ясного неба, увеличивая количество передаваемых бит на Гц и, таким образом, снижая общую стоимость за бит. Адаптивное кодирование требует некоторого рода обратного или канала обратной связи, который может быть реализован любым доступным способом, спутниковым или наземным.
Говорят, что два объекта находятся в пределах прямой видимости, если прямая линия между ними может быть соединена без каких-либо помех, например, гора. Объект за горизонтом находится ниже линии видимости и, следовательно, с ним может быть трудно общаться.
Обычно для оптимальной работы системы требуется полностью ясная линия видимости между тарелкой и спутником. Помимо того, что сигнал подвержен поглощению и рассеиванию влагой, на сигнал также влияет наличие деревьев и другой растительности на пути сигнала. По мере снижения радиочастоты до значений ниже 900 МГц увеличивается проникновение через растительность, но большинство спутниковых коммуникаций работают на частотах выше 2 ГГц, что делает их чувствительными даже к незначительным препятствиям, таким как листва деревьев. Установка тарелки зимой должна учитывать рост листвы растений, который появится весной и летом.
Даже если между передающей и приемной антеннами есть прямая видимость, отражения от объектов вблизи пути сигнала могут уменьшить кажущуюся мощность сигнала за счет фазовых компенсаций. Будет ли и насколько потерян сигнал из-за отражения, определяется местоположением объекта в зоне Френеля антенн.
Домашняя или потребительская услуга двустороннего спутникового Интернета включает в себя как отправку, так и получение данных с удаленного терминала с очень малой апертурой (VSAT) через спутник на телекоммуникационный порт концентратора (телепорт), который затем ретранслирует данные через наземный Интернет. Спутниковая антенна в каждом месте должна быть точно направлена, чтобы избежать помех от других спутников. На каждом сайте VSAT частота восходящей линии связи, скорость передачи данных и мощность должны быть точно установлены под контролем концентратора поставщика услуг.
Существует несколько типов услуг двустороннего спутникового Интернета, включая множественный доступ с временным разделением (TDMA) и одноканальный доступ на несущую (SCPC). Двусторонние системы могут быть простыми терминалами VSAT с антенной 60–100 см и выходной мощностью всего несколько ватт, предназначенными для потребителей и малого бизнеса, или более крупными системами, которые обеспечивают большую пропускную способность. Такие системы часто позиционируются как «спутниковый широкополосный доступ» и могут стоить в два-три раза дороже в месяц, чем наземные системы, такие как ADSL . Модемы, необходимые для этой услуги, часто являются фирменными, но некоторые из них совместимы с несколькими различными провайдерами. Они также дороги, их стоимость составляет от 600 до 2000 долларов США.
Двусторонний «iLNB», используемый на терминальной антенне SES Broadband, имеет передатчик и однополярный приемный LNB, оба работают в диапазоне Ku . Цены на модемы SES Broadband варьируются от €299 до €350. Эти типы систем, как правило, не подходят для использования на движущихся транспортных средствах, хотя некоторые антенны могут быть оснащены автоматическим механизмом панорамирования и наклона для постоянного повторного выравнивания антенны, но они более дорогие. Технология для SES Broadband была предоставлена бельгийской компанией Newtec.
Потребителями спутникового Интернета являются как отдельные домашние пользователи с одним ПК, так и крупные удаленные корпоративные объекты с несколькими сотнями ПК.
Домашние пользователи, как правило, используют общую спутниковую емкость, чтобы снизить стоимость, при этом все еще позволяя высокие пиковые скорости передачи данных, когда перегрузка отсутствует. Обычно существуют ограниченные по времени квоты пропускной способности, так что каждый пользователь получает свою справедливую долю в соответствии с его оплатой. Когда пользователь превышает свою квоту, компания может замедлить его доступ, лишить его приоритета трафик или взимать плату за избыточную использованную полосу пропускания. Для потребительского спутникового Интернета квота обычно может составлять от 200 МБ в день до 25 ГБ в месяц. [45] [46] [47] Общий носитель загрузки может иметь скорость передачи данных от 1 до 40 Мбит/с и использоваться совместно от 100 до 4000 конечных пользователей.
Направление восходящей линии связи для общих пользователей обычно представляет собой множественный доступ с временным разделением (TDMA), который подразумевает передачу периодических коротких пакетов между другими пользователями (аналогично тому, как сотовый телефон использует одну и ту же вышку сотовой связи).
Каждое удаленное местоположение может быть также оборудовано телефонным модемом; соединения для этого такие же, как и у обычного коммутируемого интернет-провайдера. Двусторонние спутниковые системы иногда могут использовать модемный канал в обоих направлениях для данных, где задержка важнее пропускной способности, резервируя спутниковый канал для загрузки данных, где пропускная способность важнее задержек, например, для передачи файлов .
В 2006 году Европейская комиссия спонсировала проект UNIC, целью которого было разработать сквозной научный испытательный стенд для распространения новых широкополосных интерактивных телевизионных услуг, предоставляемых через недорогой двусторонний спутник фактическим конечным пользователям в домашних условиях. [48] Архитектура UNIC использует стандарт DVB-S2 для нисходящего канала и стандарт DVB-RCS для восходящего канала.
Обычные антенны VSAT (диаметром от 1,2 до 2,4 м) широко используются для услуг VoIP-телефонии. Голосовой вызов отправляется с помощью пакетов через спутник и Интернет. Используя методы кодирования и сжатия, скорость передачи данных, необходимая для вызова, составляет всего 10,8 кбит/с в каждом направлении.
Они обычно имеют форму автономной плоской прямоугольной коробки, которую необходимо направить в общем направлении спутника — в отличие от VSAT, выравнивание не должно быть очень точным, и модемы имеют встроенные измерители уровня сигнала, чтобы помочь пользователю правильно выровнять устройство. Модемы имеют обычно используемые разъемы, такие как Ethernet или универсальная последовательная шина (USB). Некоторые также имеют встроенный приемопередатчик Bluetooth и выполняют функцию спутникового телефона. Модемы также, как правило, имеют собственные батареи, поэтому их можно подключать к ноутбуку , не разряжая его батарею. Наиболее распространенной такой системой является BGAN компании INMARSAT — эти терминалы размером с портфель и имеют почти симметричную скорость соединения около 350–500 кбит/с. Существуют более мелкие модемы, такие как предлагаемые Thuraya , но они подключаются только со скоростью 444 кбит/с в ограниченной зоне покрытия.
При средней стоимости от 5 до 7 долларов за мегабайт портативный спутниковый интернет обычно дороже других способов доступа в Интернет, а модемы обычно стоят от 1000 до 5000 долларов. [49] Из-за этого он чаще всего используется на транспортных средствах, не имеющих доступа к другим способам доступа в Интернет, например, на морских судах. [ требуется ссылка ]
В течение многих лет [ когда? ] спутниковые телефоны могли подключаться к Интернету. Пропускная способность варьируется от примерно 2400 бит/с для спутников сети Iridium и телефонов на базе ACeS до 15 кбит/с восходящего и 60 кбит/с нисходящего потока для телефонов Thuraya . Globalstar также предоставляет доступ в Интернет на скорости 9,6 кбит/с; как и Iridium и ACeS, требуется коммутируемое соединение, которое оплачивается поминутно, однако и Globalstar , и Iridium планируют запустить новые спутники, предлагающие постоянно доступные услуги передачи данных по более высоким тарифам. С телефонами Thuraya также возможно коммутируемое соединение на скорости 9,6 кбит/с, услуга 60 кбит/с всегда доступна, и пользователь платит за переданные данные (около 5 долларов за мегабайт ). Телефоны можно подключить к ноутбуку или другому компьютеру с помощью интерфейса USB или RS-232 . Из-за низкой пропускной способности такое соединение крайне медленное для просмотра веб-страниц, но полезно для отправки электронной почты, данных Secure Shell и использования других протоколов с низкой пропускной способностью. Поскольку спутниковые телефоны, как правило, имеют всенаправленные антенны, выравнивание не требуется, пока есть прямая видимость между телефоном и спутником.
Односторонние наземные обратные спутниковые интернет-системы используются с обычным коммутируемым доступом в Интернет , при этом исходящие ( восходящие ) данные передаются через телефонный модем , а нисходящие данные передаются через спутник с более высокой скоростью. В США лицензия FCC требуется только для восходящей станции; для пользователей лицензия не требуется.
Другой тип односторонней спутниковой интернет-системы использует службу пакетной радиосвязи общего пользования (GPRS) для обратного канала. [50] При использовании стандартной GPRS или Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) затраты снижаются для более высоких эффективных ставок, если объем загрузки очень мал, а также потому, что эта услуга не тарифицируется по времени, а тарифицируется по объему загрузки. GPRS в качестве возврата улучшает мобильность, когда услуга предоставляется спутником, который передает в области от 100 до 200 кВт. [ необходима цитата ] Используя спутниковую антенну шириной 33 см, ноутбук и обычный телефон GSM , оснащенный GPRS , пользователи могут получить мобильную спутниковую широкополосную связь.
Передающая станция имеет два компонента, состоящие из высокоскоростного интернет-соединения для обслуживания многих клиентов одновременно и спутникового восходящего канала для трансляции запрошенных данных клиентам. Маршрутизаторы интернет-провайдера подключаются к прокси-серверам, которые могут обеспечивать ограничения полосы пропускания качества обслуживания (QoS) и гарантии для трафика каждого клиента.
Часто нестандартные IP-стеки используются для решения проблем задержки и асимметрии спутникового соединения. Как и в случае с односторонними системами приема, данные, отправляемые по спутниковому каналу, обычно также шифруются, поскольку в противном случае они были бы доступны любому, у кого есть спутниковый приемник.
Многие реализации IP-over-satellite используют парные прокси-серверы на обеих конечных точках, так что определенные коммуникации между клиентами и серверами [51] не должны принимать задержку, присущую спутниковому соединению. По аналогичным причинам существуют специальные реализации виртуальных частных сетей (VPN), разработанные для использования через спутниковые каналы, поскольку стандартное программное обеспечение VPN не может справиться с длительным временем прохождения пакетов.
Скорость загрузки ограничена модемом коммутируемого доступа пользователя, в то время как скорость загрузки может быть намного выше по сравнению с коммутируемым доступом, если использовать модем только в качестве канала управления для подтверждения пакетов.
Задержка по-прежнему высока, хотя и ниже, чем у полноценного двустороннего геостационарного спутникового Интернета, поскольку только половина пути данных проходит через спутник, а другая половина — по наземному каналу.
Системы спутникового одностороннего вещания Интернета используются для передачи данных, аудио и видео на основе Интернет-протокола (IP) . В Соединенных Штатах лицензия Федеральной комиссии по связи (FCC) требуется только для станции восходящей линии связи, а не для ее пользователей. Обратите внимание, что большинство интернет-протоколов не будут работать правильно при одностороннем доступе, поскольку им требуется обратный канал. Однако интернет-контент, такой как веб-страницы, все еще может распространяться по односторонней системе путем «выталкивания» их в локальное хранилище на сайтах конечных пользователей, хотя полная интерактивность невозможна. Это очень похоже на теле- или радиоконтент, который предлагает мало пользовательского интерфейса.
Механизм вещания может включать сжатие и исправление ошибок, чтобы гарантировать, что односторонняя трансляция будет правильно принята. Данные также могут периодически ретранслироваться, так что получатели, которым ранее не удалось загрузить данные, получат дополнительные шансы попробовать загрузить их снова.
Данные также могут быть зашифрованы, так что, хотя любой может получить данные, только определенные пункты назначения могут фактически декодировать и использовать транслируемые данные. Авторизованным пользователям нужно только иметь короткий ключ дешифрования или автоматическое устройство с скользящим кодом , которое использует свой собственный высокоточный независимый механизм синхронизации для дешифрования данных.
Подобно одностороннему наземному возврату, спутниковый доступ в Интернет может включать интерфейсы к телефонной сети общего пользования для приложений squawk box. Подключение к Интернету не требуется, но многие приложения включают сервер File Transfer Protocol (FTP) для очереди данных для трансляции.
Большинство приложений одностороннего вещания требуют индивидуального программирования на удаленных сайтах. Программное обеспечение на удаленном сайте должно фильтровать, хранить, предоставлять интерфейс выбора и отображать данные. Программное обеспечение на передающей станции должно обеспечивать контроль доступа, приоритетную очередь, отправку и инкапсуляцию данных.
Новые коммерческие услуги в этой области включают:
В своем отчете, опубликованном в феврале 2013 года, Федеральная комиссия по связи отметила значительные достижения в производительности спутникового Интернета. Отчет FCC's Measuring Broadband America также ранжировал основных интернет-провайдеров по тому, насколько близко они подошли к предоставлению рекламируемых скоростей. В этой категории спутниковый Интернет возглавил список, причем 90% абонентов увидели скорость на уровне 140% или выше рекламируемой. [52]
Большая часть замедления, связанного со спутниковым Интернетом, заключается в том, что для каждого запроса необходимо выполнить множество циклов, прежде чем запрашивающая сторона сможет получить какие-либо полезные данные. [a] Специальные IP-стеки и прокси-серверы также могут сократить задержку за счет уменьшения количества циклов или упрощения и сокращения длины заголовков протоколов. Технологии оптимизации включают в себя ускорение TCP , предварительную выборку HTTP и кэширование DNS среди многих других. См. стандарт спецификаций протокола космической связи (SCPS), разработанный NASA и широко принятый поставщиками коммерческого и военного оборудования и программного обеспечения на рынке.
Спутник WINDS был запущен 23 февраля 2008 года. Спутник WINDS используется для предоставления услуг широкополосного Интернета в Японии и населенных пунктах Азиатско-Тихоокеанского региона. Спутник обеспечивает максимальную скорость 155 Мбит/с вниз и 6 Мбит/с вверх для жилых домов с антенной с апертурой 45 см и 1,2 Гбит/с соединение для предприятий с антенной с апертурой 5 метров. [53] Он достиг конца своего расчетного срока службы.
SkyTerra-1 был запущен в середине ноября 2010 года, обеспечивая связь с Северной Америкой, в то время как Hylas-1 был запущен в ноябре 2010 года, нацелившись на Европу. [54]
26 декабря 2010 года был запущен спутник Eutelsat KA-SAT . Он покрывает европейский континент 80 точечными лучами — сфокусированными сигналами, которые покрывают область в несколько сотен километров по всей Европе и Средиземноморью. Точечные лучи позволяют эффективно повторно использовать частоты в нескольких регионах без помех. Результатом является увеличение пропускной способности. Каждый из точечных лучей имеет общую пропускную способность 900 Мбит/с, а весь спутник будет иметь пропускную способность 70 Гбит/с. [54]
ViaSat-1 был запущен 19 октября 2011 года с Байконура, Казахстан, предлагая 140 Гбит/с общей пропускной способности через интернет-сервис Exede . Пассажиры на борту JetBlue Airways могут пользоваться этим сервисом с 2015 года. [55] Сервис также был расширен до United Airlines , American Airlines , Scandinavian Airlines , Virgin America и Qantas . [56] [57] [58]
Спутник EchoStar XVII был запущен 5 июля 2012 года компанией Arianespace и был размещен в постоянной геосинхронной орбитальной позиции 107,1° западной долготы, обслуживая HughesNet . Этот спутник диапазона K a имеет пропускную способность более 100 Гбит/с. [59]
В 2015 и 2016 годах правительство Австралии запустило два геостационарных спутника Sky Muster для предоставления интернета региональным австралийцам и жителям Внешних территорий, таких как Остров Норфолк и Остров Рождества . [60]
В 2006 [61] и 2015 [62] годах аргентинская компания ARSAT запустила спутники ARSAT-1 и ARSAT-2 соответственно. Предоставляя доступ к интернету и телевидению в отдаленных местах в своей стране происхождения.
С 2013 года спутниковая группировка O3b (на средней околоземной орбите на высоте 8063 км) заявляет о сквозной задержке приема-передачи данных в 238 мс.
По состоянию на сентябрь 2024 года на околоземной орбите находится [update]6426 спутников Starlink . По состоянию на сентябрь 2024 года у Starlink более 4 миллионов подписчиков. [63] [64] [65] На низкой околоземной орбите находится 648 спутников Oneweb . [66]
Спутниковая связь используется для передачи данных, дистанционной диагностики приборов , для физических спутниковых и океанографических измерений от поверхности моря (например, температуры поверхности моря и высоты поверхности моря [67] ) до дна океана , а также для сейсмологического анализа. [68]
{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link){{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь ){{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )