Od wielu lat trwają dyskusje na temat przyszłości systemów teleinformatycznych. Ich rozstrzygnięcie zapowiada się już niebawem, na początek następnego tysiąclecia. Będzie to czas, w którym szybkie naziemne linie sieciowe zostaną wzmocnione dużą i szybką infrastrukturą telekomunikacyjną obsługiwaną przez satelity. Obecnie trwają prace nad przeniesieniem transmisji internetowych na orbitę. Zasadniczo inżynierowie są przygotowani na taką ewentualność. Również zaawansowanie technologiczne pozwala na stworzenie sieci satelitów komunikacyjnych, które pozwolą przekazywać dane internetowe. Jest kilka powodów. Pierwszy z nich to szybkość transmisji. Planowane systemy satelitarne będą przystosowane do przekazów szerokopasmowych. Drugim powodem jest to, że na ziemi są miejsca, gdzie infrastruktura sieci jest albo bardzo słaba, albo w ogóle nie istnieje. Jest zatem wiele miejsc, do których dotrzeć jest w praktyce nie sposób. Trzecim powodem jest umożliwienie powszechnej transmisji do terminali przenośnych. Komunikacja satelitarna ma usprawnić działanie sieci Internet. Podobnie jak się to stało z obecnymi telefonami satelitarnymi, które przecież nie wyparły telefonów komórkowych, a stanowią rozwiązanie tam, gdzie brak sieci telefonicznej. Szybkie sieci naziemne nadal będą stanowiły podstawowy szkielet Internetu, gdyż koszt budowy i eksploatacji systemów naziemnych wciąż pozostaje znacznie mniejszy niż satelitarnych. Komunikacja przez satelitę
Komunikacja satelitarna korzysta z dużych satelitów geostacjonarnych. Obecnie drogą satelitarną można również transmitować dane komputerowe, lecz mechanizm tej transmisji nie jest dostępny dla wszystkich. Aby zmienić taki stan rzeczy wymyślono koncepcję dostępu do Internetu poprzez system satelitarny. Takie rozwiązanie, oprócz zwiększenia szybkości transmisji, pozwoli na korzystanie z sieci z dowolnego miejsca na ziemi. Jednak, by pomysł stał się faktem, potrzebna jest nowa technologia. Określenia wymagać będą też potrzeby przyszłych zastosowań. Konstruktorzy mogą nastawić się albo na współpracę satelitów ze stałymi stacjami naziemnymi, albo z przenośnymi terminalami. Systemy satelitarne
Wykorzystywanie satelitów geostacjonarnych do transmisji danych jest technologicznie prostsze. Satelity GEO są umieszczane na specjalnej orbicie geostacjonarnej na wysokości 35,8 tys. km. Obiegają one ziemię w ciągu 24 godzin, co w rezultacie daje złudzenie utrzymywania się satelity nad określonym punktem globu. Jednak ze względu na odległość, opóźnienia transmisyjne są w nich stosunkowo duże i wynoszą około 0,24 sekundy. Do tego dochodzą także wszelkie opóźnienia przy konwersjach i przetwarzaniu danych. W związku z tym systemy takie praktycznie nie nadają się np. do bieżącej obsługi transakcji. Satelity GEO stosuje się do transmisji rozsiewczej oraz komunikacji punkt-punkt. Ich wady to: cena oraz ograniczona liczba miejsc na jednej orbicie. Alternatywą do satelitów GEO są satelity niskoorbitowe LEO (Low Earth Orbit) i średnioorbitowe MEO (Medium Earth Orbit). Pierwsze to satelity zawieszone na orbitach nisko nad ziemią: 600-2500 km, drugie - na wysokości 10-20 tys. km. Przy takiej odległości od ziemi opóźnienia transmisyjne są bardzo małe, ok. 0,03 sekundy, porównywalne do opóźnień w linich naziemnych. Z drugiej strony, bliskość ziemi powoduje, że mają one ograniczony zasięg działania. Aby więc zapewnić komunikację na całym globie, potrzeba kilkunastu satelitów typu MEO lub kilkudziesięciu typu LEO - pojawia się tu problem olbrzymich kosztów stworzenia takiego systemu i trudność w synchronizacji ich lotu. Budowa satelitów, koszty ich wyniesienia na orbitę oraz stworzenie centrum kontroli lotów, to inwestycje rzędu miliardów dolarów. Pomimo tak dużych kosztów, chętnych jest wielu. Wynika to z przewidywań zapotrzebowania na tego rodzaju usługi telekomunikacyjne. Koszty połączeń satelitarnych nie będą tak duże jak by to wynikało z wielkości ponoszonych inwestycji (w większości są jeszcze nie ustalone, ale przewidywania mówią o 1-3 USD za minutę). Można też powiedzieć, że koszty linii naziemnych w niektórych niedostępnych lub odludnych miejscach byłyby dużo większe i prawdopodobnie nikt nigdy nie zdecyduje się ich zrealizować. Właśnie tam jedynym rozwiązaniem będzie komunikacja satelitarna. Technologia geostacjonarna jest łatwiejsza do realizacji. Wynika to stąd, że satelity te są nieruchomo "zawieszone" nad ziemią mając w swoim zasięgu cały czas ten sam obszar. Natomiast satelity niskoorbitowe, aby nie spaść na ziemię, muszą się poruszać z większą szybkością niż prędkość kątowa ziemi. Teoretycznie satelity te są widoczne tylko przez około 20-30 minut zanim znikną za horyzontem. Pojawia się więc problem z wyłapywaniem sygnału z takiego satelity i z utrzymywaniem aktywności połączenia. Stąd też potrzebna jest dla nich specjalna technologia umożliwiająca przejmowanie sygnałów. Ponieważ jednak satelity LEO i MEO orbitują bliżej ziemi to dochodzący z nich sygnał jest silniejszy i słabiej zakłócony. Zatem do jego odbioru na ziemi potrzebne są mniejsze anteny. Również same satelity mogą być mniejsze, gdyż mogą wykorzystywać słabsze nadajniki. Satelity LEO dzielą się na kilka kategorii, których podstawą jest częstotliwość sygnału wykorzystywanego przez nie do transmisji danych. Są to: małe LEO (poniżej 1 GHz), duże LEO (około 2 GHz) oraz szerokopasmowe LEO (20-30 GHz). Im wyższa częstotliwość, tym krótsza jest długość nadawanej fali. W związku z tym terminal naziemny może mieć mniejsze rozmiary. Satelity LEO znajdując się tak blisko ziemi będą powoli "spalały" się w jej atmosferze. Konstruując takie systemy bierze się pod uwagę wymianę pracujących satelitów. Przyjmuje się, że czas życia satelity LEO na orbicie będzie wynosił około 10-12 lat. Systemy GEO i LEO mogą ze sobą współistnieć. Systemy LEO będą przeznaczone do obsługi szybkich połączeń, telekonferencji i tym podobnych interaktywnych zastosowań. Natomiast systemy oparte na satelitach GEO będą wykorzystywane do ściągania informacji, dystrybucji wideo oraz transmisji rozsiewczych multi- i broadcastowych. Powstają zatem koncepcje systemów hybrydowych. Niektóre firmy myślą o "mieszanym" rozwiązaniu, w skład którego będzie wchodziło kilkadziesiąt satelitów LEO oraz jeden lub kilka satelitów GEO. Dla takiego systemu zostanie opracowany specjalny protokół do bezpośredniej komunikacji satelity z satelitą, czyli coś w rodzaju międzysatelitarnego routingu. Zatem na orbicie zostanie stworzona złożona sieć satelitarna. Dzięki temu połączy się zalety dwóch rozwiązań: niewielkie opóźnienia LEO, które są szczególnie ważne przy interakcji z użytkownikiem oraz siłę GEO na polu transmisji rozsiewczych. Przykładem takiego systemu będzie Celestri Motoroli, który ma rozpocząć pracę w 2002 roku. Składał się on będzie z satelitów LEO i GEO. Realizacje praktyczne
Systemy satelitarne są budowane z różnym przeznaczeniem początkowo mają umożliwiać powszechną łączność satelitarną. Właśnie one pojawią się najpierw. W niedalekiej przyszłości planowane są jednak już satelity szerokopasmowe, które umożliwią przesyłanie olbrzymich ilości danych oraz dostęp za ich pośrednictwem do Internetu. Obecnie najbardziej zaawansowanym projektem łączności satelitarnej jest Iridium Motoroli i Raytheona. Ma on wystartować jeszcze w tym roku i będzie się składał z 72 satelitów LEO (początkowo projekt zakładał 77) znajdujących się na wysokości 780 km. Będzie on oferował usługi telefoniczne, przywoławcze, przesyłanie wiadomości, faksów i danych. Konkurować ma z nim system Globalstar Lorala, Alcatela, Qualcomma i in., który ma rozpocząć pracę również w tym roku. Będzie się składał z 56 satelitów zawieszonych 1400 km nad ziemią. Jego przeznaczenie ma być podobne. Jak na razie te szerokopasmowe systemy są jeszcze w trakcie opracowań i testów, co powoduje, że na pewno nie będą powszechnie dostępne w tym stuleciu. Początek ich działania przewidywany jest w pierwszych latach XXI wieku. Wśród systemów szerokopasmowych można wymienić Skybridge Alcatela i Lorala, Celestri Motorili, Teledesic Billa Gatesa, Craiga McCawa i Boeinga oraz Astrolink Lockheeda. System Skyvridge ma się składać z 64 satelitów LEO krążących 1400 km nad ziemią. Przewidywany początek pracy tego systemu wypada w 2001 roku. Szybciej, bo w 2000 roku, rozpocznie pracę Astrolink. Składać się on będzie z 9 satelitów GEO. W roku 2002 pracę mają rozpocząć Celestri i Teledesic. Pierwszy składał się będzie z 63 satelitów LEO oraz 9 GEO. Drugi ma składać się wyłącznie z satelitów LEO, których docelowo ma być 288 (początkowo miało ich być około 800). Będą krążyć bardzo nisko nad ziemią na wysokości 700 km. Większość planowanych systemów satelitarnych będzie miała mechanizm komunikacji międzysatelitarnej. Zastosowanie
Orbitalne konstelacje satelitów będą wykorzystywane do wielu zadań. Rozszerzą możliwości dzisiejszych satelitów i udostępnią zupełnie nowe usługi. Zacznijmy od nowych. Pozwolą na dostęp do Internetu, bezpośrednie transmisje wideo do domu, telemedycynę oraz systemy nawigacji. Ponadto pozwolą rozwinąć pracę, zakupy oraz edukację na odległość. Rozszerzą możliwości organizacji wideokonferencji, przekazów multimedialnych oraz faksowania. Te wszystkie zastosowania wymagają od linii transmisyjnych dużej przepustowości, a takowa będzie oferowana przez satelity szerokopasmowe. Systemy satelitarne mogą się również stać platformą dla budowy dużych korporacyjnych sieci wirtualnych. Systemy satelitarne rozwiążą problem dostarczania informacji wszędzie tam, gdzie nie istnieje naziemna infrastruktura te-lekomunikacyjna. Bezpieczeństwo transmisji satelitarnych
Oprócz rozwiązań czysto technicznych, dotyczących systemu satelitarnego, trzeba brać jeszcze pod uwagę problem bezpieczeństwa transmitowanych danych. Systemy satelitarne będą używały następujących protokołów: CDMA (Code Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access), FDMA (Frequency Division Multiple Access) i innych z rodziny xDMA (np. WDMA, MF-TDMA), które w rzeczywistości bardzo utrudniają podsłuchiwanie przesyłanych danych. Przykładowo umieszczenie danych w pasmach różniących się częstotliwością wymagałoby znajomości chwilowego rozkładu częstotliwości, aby odczytać transmisję. Ponadto wiele systemów będzie udostępniało swoje własne wewnętrzne systemy bezpieczeństwa (o których jeszcze niewiele wiadomo). Poza tym jak zawsze systemy te będą pozwalać, aby użytkownik zabezpieczał swoje dane przed rozpoczęciem transmisji. Aby zapewnić komunikację na całym globie potrzeba kilkunastu satelitów typu MEO lub kilkudziesięciu typu LEO - pojawia się tu problem olbrzymich kosztów stworzenia takiego systemu. Usługi VSAT
Obecnie jednym z wykorzystywanych systemów do transmisji danych drogą satelitarną jest system VSAT (Very Small Aperture Terminal) działający na podstawie satelity geostacjonarnego. Usługa ta polega na wykupowaniu pasma satelitarnego na okreś-lony czas. System ten może obsługiwać łącza point-to-multipoint z prędkością 24 Mb/s i łącza point-to-point z prędkością 1,5 Mb/s. Najprostsze systemy satelitarne mają umożliwić powszechną łączność. W niedalekiej przyszłości planowane jest jednak wprowadzenie satelitów szerokopasmowych, które pozwolą na przesyłanie dużych ilości danych i dostęp do Internetu.
System satelitarny
Pasmo
Zastosowanie
Rodzaj odbiornika naziemnego
Realizacja
Stały serwis satelitarny
3,5-6 GHz 10-18 GHz
przekazy obrazów, VSAT, telefony
anteny stałe metrowej średnicy
Galaxy
Bezpośrednie nadawanie satelitarne
10-18 GHz
przekazy wideo i audio bezpośrednio do domu
anteny stałe o średnicy 0,2-0,6 m
DirectTV, Echostar
Ruchome satelity GEO
1,5-3,5 GHz
głos i transmisje danych z małą prędkością do odbiorników przenośnych
przenośne anteny
AMSC
Duże LEO
1,5-3,5 GHz
telefony komórkowe, pagery
telefony i pagery
Iridium, GlobalStar
Małe LEO
300-1000 MHz
przesyłanie wiadomości, systemy pozycjonowania
anteny o średnicy 5-10-centymetrowej
OrbComm
Szerokopasmowe GEO
10-18 GHz, 20-30 GHz
dostęp do Internetu, głos, dane, obrazy
anteny stałe o średnicy 20 cm
Spaceway, Cyberstar, Astrolink
Szerokopasmowe LEO
10-18 GHz, 20-30 GHz
dostęp do Internetu, głos, dane, wideokonferencje
dualne anteny stałe o średnicy 20 cm
Teledisc, Skybridge, Cyberstar
Charakterystyka satelitów
Rodzaj satelity
Wysokość orbity [km]
Opóźnienie [sek]
Prędkość transmisji
Podstawowe zastosowanie
GEO
35,8 tys.
0,25-0,5
155 Mb/s
komunikacja rozsiewcza, połączenie punkt-punkt
MEO
10-20 tys.
0,1
9,6-38 Kb/s
transmisja danych z małą prędkością, małe telefony satelitarne