Исследование: сети спутникового Интернета могут обеспечить пропускную способность в несколько десятков терабит в секунду

Все чаще люди сообщают, что видели парад звездных точек, проходящих по ночному небу. Эти объекты не являются внеземными и даже не астрофизическими по происхождению, а на самом деле представляет собой линию спутников, запущенных SpaceX, к которым в конечном итоге присоединятся многие другие, чтобы сформировать Starlink, «мегакозвездие», которое будет окружать Землю в виде глобальной сеть, предназначенной для передачи высокоскоростного Интернета пользователям в любой точке мира.

Starlink - одна из немногих глобальных спутниковых сетей, которые в настоящее время готова к запуску. Каждая такая сеть опирается на развертывание тысяч спутников на разных высотах и ​​под разными углами наклона к Земле для подключения удаленных и сельских пользователей к Интернету.

Исследователи из Департамента аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института сравнили четыре крупнейших предложения по глобальной спутниковой сети от SpaceX, Telesat, OneWeb и Amazon. Ученые рассчитали пропускную способность каждой сети или глобальную емкость данных на основе их технических характеристик, сообщенных Федеральной комиссией по связи.

Хотя сети различаются по предполагаемому количеству и конфигурации спутников, наземных станций и коммуникационным возможностям, команда обнаружила, что каждое созвездие может обеспечить общую пропускную способность около десятков терабит в секунду.

Согласно предложению, эти созвездия спутников, скорее всего, не заменят существующие наземные сети, которые могут поддерживать тысячи терабит в секунду. Однако команда пришла к выводу, что космический флот может заполнить пробелы, где обычные кабельные соединения были невозможны или недоступны, например, в сельских районах, удаленных полярных и прибрежных регионах и даже в воздухе.

«Мы не окажемся в ситуации, когда густонаселенные регионы, такие как Нью-Йорк или Лос-Анджелес, будут полностью обслуживаться спутниковой связью», - говорит Иниго Дель Портильо, бывший аспирант группы системной архитектуры Массачусетского технологического института. «Но эти группировки спутников могут обеспечить большую пропускную способность в тех областях, где прямо сейчас нет вообще никаких услуг, нет оптоволокна. Это может действительно изменить жизнь в этих регионах».

Конкурентная гонка

Подавляющее большинство высокоскоростного доступа в Интернет в мире осуществляется через наземные сети - кабельные, DSL, оптоволоконные и беспроводные вышки, - меньшая часть обеспечивается через региональные спутниковые сети. С 1990-х годов предпринимались различные попытки по запуску спутниковых группировок на низкую околоземную орбиту для предоставления услуг глобальной широкополосной связи. Однако эти усилия быстро затмила стремительно расширяющаяся наземная инфраструктура.

«20 лет назад произошел взрыв огромного пузыря, и теперь мы задаемся вопросом, сможет ли массовый рост потребностей в данных поддержать одного или, возможно, даже нескольких конкурентов, предоставляющих глобальный Интернет», - говорит эксперт.

В последние годы спутниковые аппаратные и программные технологии продвинулись вперед, и спрос на широкополосную связь вырос, так что идея глобального доступа в Интернет из космоса снова стала актуальна. SpaceX и OneWeb развертывают первую цепочку спутников как часть отдельно предлагаемых сетей, в то время как Telesat и Amazon продвигаются вперед, создавая собственные созвездия.

Такие предложения по созданию мегасетей вызвали критику со стороны астрономического сообщества, поскольку тысячи спутников, запущенных в космос, потенциально могут заслонять астрономические наблюдения космических тел. 

«Меня интересовало, как соединить недостаточно обслуживаемое население по всему миру, уделяя особое внимание развивающимся странам, и спутниковые группировки были одной из технологий, на которую я смотрел, наряду с воздушными шарами, дронами и вышками сотовой связи миллиметрового диапазона», - говорит Дель Портильо. «Когда я проводил свое исследование, вся эта идея мегасозвездий стала реальностью, и мне было интересно узнать, каковы действительные возможности этих систем».

Снимки со спутников

В 2018 году Дель Портильо рассчитал пропускную способность трех крупнейших группировок, предложенных в то время SpaceX, OneWeb и Telesat. С тех пор все три компании изменили свои первоначальные предложения, а Amazon анонсировала собственное мегакозвездие. В новом исследовании он стремился обновить оценки пропускной способности для всех четырех сетей.

Команда оценила общую пропускную способность каждой сети на основе последних петиций, поданных каждой компанией в FCC. Петиции включают технические характеристики, такие как общее количество спутников, плоскости и углы наклона, при которых они будут вращаться на орбите, а также возможности связи между спутниками. Используя эти данные, команда смоделировала конфигурацию спутников каждой сети и провела моделирование в течение одного дня, делая ежеминутные «снимки» положения каждого спутника в небе. Они также записали его конус покрытия или объем пространства, в котором спутник мог общаться в этот момент.

Исследователи использовали атмосферную модель для изменения окружающих условий в данный момент, а также модель спроса, которая оценивала количество пользователей в зоне покрытия спутника на основе сеточной карты населения мира. Они также использовали алгоритм для вычисления количества шлюзов или наземных станций, на которые спутник должен будет ретранслировать, чтобы охватить наибольшее количество пользователей. Наконец, они использовали модель канала для расчета пропускной способности спутника.

В ученые обнаружили, что все четыре сети имеют сопоставимую пропускную способность в десятки терабит в секунду, хотя каждая сеть достигает этого за счет различных конфигураций. Например, у Telesat меньше спутников в своей сети (около 1600), каждый из которых обладает расширенными возможностями по сравнению со спутниками в сети OneWeb, которая планирует компенсировать это гораздо большим количеством спутников (более 6000).

Созвездие Starlink компании SpaceX ближе всего к запуску, запустив более 1000 из запланированных 4400 спутников. В своей последней документации FCC компания снизила высоту орбит спутников, что, по мнению группы, увеличило ее общую пропускную способность.

Команда обнаружила, что спутниковая конфигурация Amazon обеспечила бы самые высокие скорости передачи данных из четырех сетей, если бы она также построила непропорционально большое количество шлюзовых антенн, которых, по оценкам группы, около 4000 по всему миру. «На бумаге Amazon имеет более высокую пропускную способность. Но эти компании создают новые итерации, чтобы превзойти самих себя и получить более производительные системы. Так что сейчас захватывающие времена», - говорит Дель Портильо. «Все говорят об этих созвездиях в космической индустрии. Некоторые люди думают, что они изменят мир, другие думают, что потерпят неудачу. Но происходит много инноваций».

По материалам: Techexplore