orbita








Internet z orbity



 





Internet
z orbity
 








Internet z orbity








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



LEO małe

0,6-2,5 tys.

0,03-0,05

2,4-9,6 Kb/s

transmisja danych z dużą prędkością



LEO duże

 

 

2,4-300 Kb/s 

 



LEO szerokopasmowe

 

 

16-155 Mb/s 

 









Wyszukiwarka