Cпутниковый интернет. Реферат Спутниковый Интернет. Ключевые слова спутниковый интернет, космическая группировка, наземная группировка, сигнал, спутник. 1 Идея глобального спутникового интернета
 Скачать 0.68 Mb.
|
ВВЕДЕНИЕИнформация, которую можно передавать посредством спутниковой связи, может быть разной. Это не только спутниковое ТВ, но и спутниковая телефонная связь, навигационные данные, ну и, конечно, спутниковый интернет. Сейчас интернет работает с помощью сотовых вышек. Проблема в том, что их невозможно построить по всему земному шару так, чтобы интернет был доступен везде. Например, в мировом океане их банально не установить. Впрочем, даже на суше с высокоскоростными сетями большие проблемы. 4G доступна лишь 43% населения Земли, а отсутствие Wi-Fi в мелких населенных пунктах – обычное дело. Спутники решат эту проблему. Широкополосный спутниковый интернет, доступный любому жителю Земли в любой точке планеты — это мечта, которая постепенно становится явью. Раньше спутниковый интернет был дорогим и медленным, но вскоре все поменяется. Цель работы: изучить принцип работы спутникового интернета. Для достижения поставленной цели сформулируем ряд задач: рассмотреть, что из себя представляет глобальный спутниковый интернет и какие фирмы-провайдеры лидируют данном направлении; рассмотреть состав космической группировки Starlink; рассмотреть состав спутника Starlink; рассмотреть состав наземной группировки Starlink; Ключевые слова: спутниковый интернет, космическая группировка, наземная группировка, сигнал, спутник. 1 Идея глобального спутникового интернета 1.1 Спутниковая система Starlink Starlink — это глобальная спутниковая система, которая придет на замену сотовым вышкам и обеспечит сетью весь мир. Разрабатывает ее производитель космической техники SpaceX. Компания планирует отправить в космос 12 000 спутников и разместить их равномерно над всей Землей. Планы насчет спутникового интернета настолько грандиозные, что компания рассматривает возможность провести его на Марсе, когда там высадится. SpaceX запустила уже 1323 спутников Starlink на орбиту. Первая партия была отправлена в мае 2019 года, а последняя — в марте текущего. Туда она доставляется с помощью ракеты-носителя Falcon 9. У компании есть план поэтапного расширения зоны покрытия спутникового интернета. Starlink уже зарегистрировала дочерние компании Starlink в Австрии, Австралии, Аргентине, Бразилии, Франции, Чили, Колумбии, Германии, Греции, Ирландии, Италии, Мексике, Нидерландах, Новой Зеландии, на Филиппинах, в Южной Африке и Испании. России в списке нет. 1.2 Конкуренты компании Starlink Starlink — безальтернативный лидер в плане развития спутникового интернета и реализации планов. При этом, в мире есть компании, теоретически способные составить конкуренцию проекту Илона Маска. OneWeb — главный и пока единственный конкурент Starlink. Достижения этой компании скромнее. В декабре она отправила на орбиту 36 новых спутников, а всего у нее их 110. Это в 10 раз меньше, чем у Starlink (1323 спутника). Финансовое положение компании также менее стабильное. В 2020 году она могла обанкротиться, спасли внезапно появившиеся инвесторы — Великобритания и индийская компания Bharti Global вложили в нее $1 млрд, а в январе этого года оператор получил инвестиции в размере $350 млн от SoftBank и $50 млн от Hughes Network Systems. На них компания запустит новые спутники. В 2022 году она планирует приблизиться к Starlink по числу спутников на орбите и увеличить их их количество на 648 единиц. С учетом 110 имеющихся их общее число составит 758. 2 Архитектура сети Starlink 2.1 Структура сети На рисунке изображена архитектура сети Starlink и ее важнейшие компоненты, а именно: 1) космический сегмент — это спутники на низкой орбите (на данный момент разворачиваются первые 1600 спутников на орбите высотой 550 км с наклонением 53 градуса); 2) наземный сегмент: а) центр управления сетью (Network Management System) ; б) шлюзовые станции (Gateway); в) абонентский терминал (User Terminal);  Рисунок 2.1 – Структура глобальной спутниковой сети Starlink 2.2 Состав космической группировки Starlink Говоря о составе низкоорбитальной группировки Starlink компании SpaceX надо отметить, что она состоит как минимум из двух отдельных спутниковых сетей. Первая сеть изначально (согласно заявке SpaceX в FCC от 15 ноября 2016 г.) планировалась из 4425 спутников. Эта заявка одобрена FCC 29 марта 2018 г (таблица 2.1). Таблица 2.1 – Состав первой сети спутников
Вторая сеть из 7518 спутников должна будет работать в V-диапазоне (заявка подана 1 марта 2017 г., одобрена 19 ноября 2018 г.) (таблица 2.2). Таблица 2.2 – Состав второй сети спутников
В общем виде покрытие планеты будет выглядеть, как показано на рисунке 2.2.  Рисунок 2.2 – Покрытие планеты спутниками Starlink 2.3 Состав спутника Starlink Основной полезной нагрузкой спутника Starlink являются 2 антенных комплекса для связи со шлюзовыми станциями (гейтвеями) и с абонентскими терминалами. Антенный комплекс для связи с гейтвеями (или фидерная линия) представляет собой параболические антенны, наводимые в процессе полета на точку Земли, где находится гейтвей. Фидерная линия работает в Ка-диапазоне (18/30 ГГц). Все существующие каналы связи представлены в таблице 2.3. Таблица 2.3 – Каналы связи в сети Starlink
Как следует из таблицы, в распоряжении спутника имеется 2100 МГц в направлении от шлюзовой станции к спутнику и 1300 МГц в обратном направлении. При использовании обоих вариантов поляризации (левой и правой в случае круговой) это позволяет использовать для передачи трафика максимум 4200 МГц от гейтвея на спутник и 2600 МГц в обратном направлении. Также на борту находятся 4 плоские квадратные антенны с фазированной решеткой — три на передачу информации от спутника на абонентский терминал и одна для приема сигнала от терминала. Спутник Starlink является ретранслятором и не производит обработки информации: на его борту происходит только изменение частоты принимаемого сигнала и его усиление. Также спутники первого поколения не имеют межспутниковой связи (ISL – Inter Satellite Link) и могут получать и передавать информацию только на Землю. В качестве станции TT&C (управления, контроля, приема телеметрии) заявлены 4 земные станции, в том числе телепорт Брюстнер, расположенный в штате Вашингтон. В зоне видимости станции TT&C спутник Starlink находится не более пяти минут, при этом объем данных, собираемых с группировки, составлял в июне 2020 года около 5 Тбайт в сутки, то есть не менее 10 Гбайт с одного спутника в сутки. На борту каждого спутника Starlink находится около 70 отдельных процессоров под управлением Linux и порядка 10 микроконтроллеров. Находясь на орбите в 550 км, спутник может покрыть своим сигналом пятно на Земле радиусом 950 км (то есть диаметром примерно 1900 км) при условии, что угол места для абонентского терминала не будет менее 25°. Отметим, что эффективная работа антенн с плоской фазированной решеткой возможна при угле места 40° и более.  Рисунок 2.3 – Радиус зоны видимости спутника под углом 25 градусов в зависимости от его высоты 2.4 Наземная группировка Starlink Что касается наземной сети, то, по сути, она построена на сети Google. На саму SpaceX зарегистрировано две автономных сети — AS14593 и AS27277 (последняя, возможно, используется для внутренней IT-сети SpaceX). Судя по имеющимся данным, трафик абонентов SpaceX будет маршрутизироваться по арендованным ВОЛС (преимущественно собственной сети Google, где это возможно) на ближайшие узлы/точки обмена трафиком в США: LAX (Лос Анджелос), SEA (Сиэтл), ORD (Орландо), LGA (Нью-Йорк), SJC (Сан-Хосе), DFW (Даллас), IAD (Вашингтон). Глава компании SpaceX Илон Маск сообщил, что компания будет стараться размещать гейтвеи прямо на зданиях, где находятся «сервера», подразумевая, видимо, именно центры обмена интернет трафиком. 2.4.1 Центр управления сетью Центр управления сетью (ЦУС) обеспечивает управление всей сетью спутниковой связи, координацию работы шлюзовых и абонентских станций, задание единого времени в сети, выделение частотных слотов на спутниках для работы (передачи данных) шлюзовых и абонентских станций, ведение биллинга, сбора данных о переданной и полученной информации, сбор данных о состоянии системы. Внешний вид оборудования ЦУС представлено на рисунке 2.4.  Рисунок 2.4 – Оборудование Центра управления сетью для спутниковой сети на геостационарной орбите компании Hughes Network Systems (США) Учитывая критическую важность ЦУС, в сети как правило предусматривается основной ЦУС и резервный ЦУС, работающий в состоянии горячего резерва. По сути ЦУС — это набор серверов, соединенных оптико-волоконными линиями связи с шлюзовыми станциями. Связь ЦУС и гейтвеев по оптическим каналам очень важна, так как обеспечивает передачу пакетов информации ЦУС на гейтвей с постоянной задержкой, что позволяет эффективно управлять процессом передачи информации на спутник и, самое главное, процессом переключения спутника с одного гейтвея на другой, а терминала — между спутниками. Использование любых систем связи, например, сотовой или беспроводной, если в них есть протоколы, допускающие плавающую задержку, тут недопустимы. 2.4.2 Шлюзовые станции (гейтвеи) Шлюзовые станции (гейтвеи) обеспечивают передачу информации из сети интернет через спутник на абонентские терминалы. Таким образом, в отсутствие межспутниковой связи, для функционирования абонентского терминала необходимо, чтобы в зоне покрытия сигнала спутника, через который работает в данный момент абонентский терминал, находился как минимум один гейтвей. Один гейтвей может работать с сотнями и тысячами абонентских терминалов. Типовой гейтвей сети Starlink имеет 8 антенн, каждая из которых может передавать информацию на «свой» спутник. Поэтому под гейтвеем в рамках сети Starlink надо понимать совокупность отдельных антенных постов, расположенных в одном месте и работающих в Ка-диапазоне (рисунок 2.5). Обычно в гейтвее находятся и абонентские терминалы, служащие для контрольных целей: они проверяют, на каких модуляциях в данных погодных условиях работает сеть в данном районе.  Рисунок 2.5 – Шлюзовые станции сети Starlink 2.4.3 Абонентский терминал Абонентский терминал – это индивидуальная станция, устанавливаемая на стационарном объекте (доме) и рассчитанная на обслуживание одного абонента (аккаунта) (рисунок 2.6). То есть пользоваться интернетом, который раздается по Wi-Fi, могут все проживающие в доме, но это будет один счет в биллинге. И вероятность того, что SpaceX организует в ближайшее время групповой доступ или несколько аккаунтов на один терминал, оценивается как очень низкая.  Рисунок 2.6 – Набор пользователя сети Starlink Мощность передатчика абонентского терминала меняется в зависимости от его наклона относительно линии в зенит. В случае, когда луч антенны направлен в зенит, мощность, выдаваемая на антенну, составляет 0,76 Вт, при предельном отклонении от вертикали 4,06 Вт. Ограничение здесь задаются санитарными нормами США на плотность потока радиоизлучения, где параметры терминала SpaceX всего на 1% ниже разрешенного уровня для установки, не требующей привлечения профессиональных инсталляторов. Таким образом, можно сделать вывод о достаточно низкой спектральной эффективности на прием абонентского терминала при 240 МГц ширина канала по нему передается не более 350 Мбит, то есть 1,5 бит/герц. Это скорее всего связано с малым диаметром самой антенны и присущей антеннам с фазированной решеткой малым коэффициентом использования площади. Основные технические параметры абонентского термина приведены на рисунке 2.6
ВЫВОДЫ В целом, создание группировок из телекоммуникационных спутников позволит существенно увеличить глобальное проникновение интернета. Тем не менее, низкие околоземные орбиты уже сегодня довольно сильно замусорены, а по мере выхода из строя сотен и тысяч интернет-спутников SpaceX, OneWeb, Samsung и кого угодно еще замусоренность только увеличится. Как планируется решать эту проблему, ни один из будущих провайдеров глобального спутникового интернета пока не рассказал. Видимо потому, что это дело очень отдаленного будущего. Таким образом, по выполнению лабораторной Список использованных источиков 1 Туленков, Н.И. РЛС подповерхностного зондирования со сверхширокополосным сигналом (СШПС) / Н.И. Туленков, Do Duy Nhat, Текст: электронный // International Conference “Системы Радиолокационного Мониторинга/Radar Monitoring Systems – 2017 (RMS’2017)”. – Вьетнам: Institute of System Integration, Le Quy Don Technical University, 2017. – С. 33-41. ISSN: 2032-0597. 2 Основные принципы и применение георадиолокации [Текст] // Геоинфо. – URL: https://www.geoinfo.ru/product/analiticheskaya-sluzhba-geoinfo/osnovnye-principy-i-primenenie-georadiolokacii-43128.shtml (дата обращения: 01.12.2021). 3 Владов, М.Л. Введение в георадиолокацию. Учебное пособие [Текст] // Владов М.Л., Старовойтов А.В. – М.: Издательство МГУ, 2004. – 153 с. Ил., табл., библиогр. назв. 4 Георадиолокационное подповерхностное зондирование [Текст] // Прин.– URL: https://www.prin.ru/blog/georadiolokacionnoe_podpoverhnostnoe _zondirovanie/ (дата обращения: 01.12.2021). 5 О георадиолокации [Текст] // Library.Voenmeh.ru. – URL: library.voenmeh.ru/jirbis2/files/materials/ifour/book2/book_on_main_page/12.1.1.htm. (дата обращения: 02.12.2021). 6 Принцип работы и использование георадара // Redut-Security.ru. – URL: redut-security.ru/english-printsip-raboty-i-ispolzovanie-geor. (дата обращения: 02.12.2021). 7 Помозов В.В., Семейкин Н.П. Георадар как универсальный поисковый прибор // ГСИ. – URL: gsi.ru/art.php?id=86. (дата обращения: 02.12.2021). 8 Око-2. Техничекое описание [Текст] // NDT-Group. – URL: https://www.ndt-group.ru/instr/oko_2.pdf (дата обращения: 14.12.2021). |