Povijest satelitskog interneta

Nakon lansiranja prvog satelita, Sputnik 1 Sovjetskog Saveza u listopadu 1957 g., SAD je uspješno lansirao satelit Explorer 1 1958. Prvi komercijalni komunikacijski satelit je Telstar 1, kojeg je izgradio Bell Labs, a pokrenut je u srpnju 1962 godine.

Ideja geostacionarnog satelita - onaj koji bi mogao kružiti oko Zemlje iznad ekvatora i ostati na mjestu slijedeći rotaciju Zemlje - prvi je predložio pisac znanstvene fantastike Arthur C. Clarke u 1945 godini. Prvi satelit koji je uspješno dospio u geostacionarnu orbitu je bio Syncom3 kojeg su izgradili Hughes Aircraft za NASA-u lansiran 19. kolovoza 1963. Usvojene su sljedeće generacije komunikacijskih satelita koje imaju veće kapacitete i poboljšane karakteristike performansi za upotrebu isporuke televizije, vojne primjene i telekomunikacijske svrhe. Nakon izuma Interneta i World Wide Weba, geostacionarni je satelit privukao interes kao potencijalno sredstvo pružanja pristupa Internetu.

Značajan osposobljivač satelitskog Interneta je otvaranje Ka - banda za satelite. U prosincu 1993. Hughes Aircraft Co. podnosi zahtjev za dozvolu Federal Communications Commission-u za pokretanje prvog Ka - band satelita, Spaceway. Godine 1995., FCC je objavio poziv više Ka - band satelitskih prijava, što je privuklo prijave 15 tvrtki. Među kojima su Echostar, Lockheed Martin, GE - Americom, Motorola i KaStar Satelit, koji je kasnije postao WildBlue.

Među istaknutim kandidatima u ranom stadiju sektora satelitskog Interneta je bio Teledesic, ambiciozan ali na kraju neuspio projekt financiran u sklopu Microsoft-a koji je na kraju koštao više od 9 milijardi dolara. Teledesic-ova ideja je bila stvoriti konstelaciju stotina širokopojasnih satelita niske orbite u Ka - band frekvencijskom području, pružajući jeftin pristup internetu s download brzinama do 720 Mbit/s. Projekt je napušten 2003 godine. Teledesic-ov neuspjeh, zajedno sa stečajnim zahtjevima pružatelja satelitskih komunikacija Iridium Communications Inc. i Globalstar, usporio je tržišni entuzijazam za razvoj satelitskog interneta. Sve do rujna 2003 godine, kada je pokrenut prvi Eutelsat-ov internet – spreman satelit za potrošače.

Sa lansiranjem Anik F2 2004. godine, prvog visoko propusnog satelita, počeo je rad nove generacije satelita sa povećanim kapacitetom i širinom propusnosti. U novije vrijeme, visoko propusni sateliti poput Viasatovog Viasat-1 satelita u 2011. i HughesNetovog Jupiter u 2012. godini postigli su daljnja poboljšanja, podižući silazne brzine prijenosa podataka od 1-3Mbit/s do 12-15Mbit/s pa i više. Usluge Internet pristupa vezane za te satelite su usmjerene uglavnom na ruralno stanovništvo kao alternativa za internet usluge preko dial-up, ADSL ili klasičnih FSSes.

Viasat-1, komunikacijski satelit sa najvećim kapacitetom u svijetu, lansiran je 19. listopada 2011. iz Baikonour Kazahstana. Sa 140 Gbit/s ukupne propusne moći, nova satelitska usluga, Exede Internet usluga, sa download i upload brzinama mnogo višim nego išto ranije ponuđeno u satelitskoj industriji.

Echostar XVII satelit s JUPITER visoko propusnom tehnologijom, kojeg je izgradio Space Systems/Loral, pokrenut je 5. srpnja 2012. od Arianespace i postavljen je u svoju stalnu geosinkronu orbitu na 107.1° Zapadno. Pružatelj satelitskih usluga je HughesNet Gen4 satelitska Internet usluga. Upošljava multi-spot zraku, arhitekturu savijene cjevi, ovaj Ka-band satelit ima više od 100 Gbit/s kapacitet propusnosti.

SkyTerra-1 lansiran je sredinom studenog 2010, te će pružati usluge u cijeloj Sjevernoj Americi, dok je Hylas-1 lansiran krajem studenog 2010, te će ciljati Europu.

26. prosinca 2010. Eutelsat-ov KA-SAT satelit uspješno je lansiran pomoću ILS Proton Breeze M vozila iz Baïkonour kozmodroma u Kazahstanu. Posljednji satelit je postavljen u službu sredinom 2011. godine. Pokriva europski kontinent sa 80 zraka fokusiranih signala koji pokrivaju područje nekoliko stotina kilometara diljem Europe i Mediterana. Spot zrake omogućuju da se frekvencija učinkovito ponovno koristiti na više područja bez međusobnih smetnji. Rezultat je povećani kapacitet. Svaka zraka će imati ukupni kapacitet od 1064 Mbit/s, a čitav satelit će imati kapacitet od 90 Gbit/s.

Satelitski pristup internetu

Satelitski pristup internetu je pristup internetu osiguran kroz komunikacijske satelite. Moderna satelitska Internet usluga se obično pruža korisnicima putem geostacionarnih satelita koji imaju visoke brzine prijenosa podataka, a noviji sateliti postižu silazne brzine prijenosa podataka do 20 Mbps.

Kako radi sustav

Satelitski Internet se uglavnom oslanja na tri osnovne komponente: satelit u geostacionarnoj orbiti (ponekad se naziva geosinkrona Zemljina orbita; eng. geosynchronous Earth orbit, ili GEO), broj zemaljskih stanica poznat kao gateway koji prenose podatake na i sa Interneta preko satelita putem radio valova (mikrovalnih ), i VSAT (very-small-aperture terminal) antene s primopredajnikom koje se nalaze na lokaciji pretplatnika. Ostale komponente satelitskog internet sustava uključuju modem na korisničkom kraju koji povezuje korisnikovu mrežu i primopredajnik sa centraliziranim mrežnim nadzornim središtem (NOC) za nadzor cjelokupnog sustava. Kako rade u suradnji sa širokopojasnim pristupnikom (gateway), satelit radi u Zvijezda mrežnoj topologiji gdje sve mrežne komunikacije prolaze kroz hub procesor mreže, koji je u središtu zvijezde. Uz ovu konfiguraciju, broj udaljenih VSAT-a koji se mogu priključiti na hub je gotovo neograničen.,

Satelit

U središtu novih širokopojasnih satelitskih mreža su nova generacija snažnih GEO satelita pozicioniranih na 35.786 km (22.236 milja) iznad ekvatora, koji rade u Ka-band (18,3-30 GHz) modu. Ovi novo namjenski sateliti su dizajnirani i optimizirani za širokopojasne primjene sa mnogo uskih zraka, koje ciljaju puno manju površinu od širokih zraka koje koriste raniji komunikacijski sateliti. Ova tehnologija uskih zraka omogućuje satelitima da ponovno dodijele širinu pojasa više puta, omogućujući im da postignu puno veći kapacitet od konvencionalnih satelita široke zrake. Uske zrake također povećavaju učinkovitost i posljedični kapacitet fokusiranjem više snage i veće osjetljivosti prijemnika na koncentrirana područja. Uske zrake su označene kao jedna od dvije vrste: pretplatnička

uska zraka, kojom se odašilje prema i od pretplatničke strane terminala; i gateway uske zrake, koje odašilju prema/od zemaljske stanice davatelja usluga.

U suradnji sa tehnologijom uske zrake satelita, arhitektura savijene cijevi je puštena u mrežu u kojoj satelit funkcionira kao most u svemiru, spajajući dvije komunikacijske točake na zemlji. Pojam "savijena cijev" se koristi za opis oblika putanje podataka između prijamne i predajne antene sa satelitom postavljenim na mjestu savijanja. Jednostavno rečeno, uloga satelita u ovom mrežnom rasporedu je relej signala od terminala krajnjeg korisnika do gateway-a ISP-a i natrag. Satelit prima, pojačava i preusmjerava signale nošene na određenoj frekvenciji kroz transponder.

Satelit ima svoj set antena za primanje komunikacijskog signala sa Zemlje i za prijenos signala do ciljane lokacije. Ove antene i transponderi su dio satelitskog „tereta", koji je dizajniran za primanje i prijenos signala prema i sa različitih mjesta na Zemlji. Ono sto omogućuje ovaj prijenos i prijam u sadržaju transpondera je „repeater“ podsustav ( RF ( radio frekvencija ) oprema ) koja se koristi za promjenu frekvencije, filtriranje, odvajanje, pojačavanje i grupiranje signala prije nego što ih se usmjeri na njihovu odredišnu adresu na Zemlji. Satelitska prijemna antena visoke dobiti propušta podatke na transponder koji ih filtrira, pretvara i pojačava, a zatim ih preusmjerava na prijenosnu antenu na satelitu. Signal se zatim usmjeri preko kanala nosioca na određeno mjestu na tlu. Osim tog tereta, druga glavna komponenta komunikacijskog satelita se zove satelitska sabirnica, koja obuhvaća svu potrebnu opremu za pomicanje satelita u položaj, opskrba napajanja, regulira temperaturu opreme, pruža informacije o putanji i zdravlju sustava, te obavlja i brojne druge operativne poslove.

Gateway

Zajedno s dramatičnim napretkom u posljednjih deset godina u satelitskoj tehnologiji, zemaljska oprema je slično evoluirala dobivajući veću razinu integracije i povećanje procesorske snage šireći pritom granice performansi i kapaciteta. Gateway ili Gateway Earth Station ( puni naziv ) također se spominje kao zemaljska stanica ili teleport ili hub. Izraz se ponekad koristi za opisivanje tanjura antene ili se može odnositi na kompletan sustav sa svim pripadajućim komponentama. Ukratko, gateway prima signal radio valova sa satelita u zadnjem koraku sa povratne ili uzlazne komponente, noseći zahtjev krajnjeg korisnika. Satelitski modem na gateway-u demodulira dolazni signal iz vanjske antene u IP pakete koje dalje šalje na lokalnu mrežu. Prijamni server/gateway upravlja prometom koji se prenosi sa i na Internet. Nakon što je početni zahtjev obradio server gateway-a, koji je poslan i vraćen s Interneta, zatražene informacije se šalju natrag kao proslijeđeni ili silazni sadržaj do krajnjeg korisnika preko satelita koji usmjerava signal do pretplatničkog terminala. Svaki gateway pruža priključak na internet okosnicu za pristupne točke - zrake koje opslužuje. Sustav gateway-a koji tvori satelitski sustav na tlu pruža sve mrežne usluge za satelit i pripadajuću zemaljsku povezivost. Svaki gateway pruža višeuslužnu pristupnu mrežu za priključak pretplatničkih terminalnala na Internet. U kontinentalnim Sjedinjenim Američkim Državama, jer su sjeverno od ekvatora, sva gateway i pretplatniče antene moraju imati nesmetan pogled prema južnom nebu. Zbog geostacionarnog satelita u orbiti, gateway antena može ostati u fiksnom položaju.

Vanjska jedinica (ODU – Outdoor Unit)

Na samom kraju vanjske jedinice je mali (promjera 2-3 stope) reflektirajući tanjur radio antene konstruiran i obložen različitim materijalima. Kao što je navedeno ranije, isto kao antena koju koristi gateway, VSAT antene moraju također imati nesmetan pogled prema južnom nebu kako bi imali liniju vidljivi (LOS – line of sight) prema satelitu. Postoje četiri karakteristične postavke koje se koriste da se osigura pravilno namještanje antene prema satelitu, a to su: azimut, elevacija, polarizacija i namještanje polarizacije. Kombinacija tih postavki daje vanjskoj jedinici LOS za odabrani satelit i omogućuje prijenos podataka. Ovi podaci se većinom postavljaju u vrijeme instalacije opreme zajedno sa odabirom zrake (samo Ka-band); ovi koraci se poduzimaju prije stvarnog aktiviranja usluge. Prijamne i predajni dijelovi su montirani u žarišnoj točki antene koja prima/šalje podatke od/do satelita. Glavni dijelovi su:

Ulijev (Feed) - Ovaj sklop je dio VSAT prijemnog i predajnog lanca koji se sastoji od nekoliko dijelova s različitim funkcijama, uključujući lijevkasti ulaz na prednjoj strani uređaja koji podsjeća na dimnjak i ima zadatak fokusiranja satelitskih mikrovalnih signala sa cijele površine tanjura. Lijevkasti ulaz (feed horn) isto tako prima signal koji se reflektira od površine tanjura i šalje izlazni signal natrag na satelit.

Blok predajni pretvarač (Block upconverter - BUC) - Ova jedinica se nalazi iza feed-a i može biti dio iste jedinice, ali isto tako veći (više wata) BUC može biti odvojeni komad priključen na bazu antene. Njegov zadatak je da pretvori signal iz modema na višu frekvenciju i pojača ga, te ga pošalje nazad ka satelitu.

Blok prijemni pretvarač (Low-noise block downconverter - LNB) - To je prijemni element terminala. Zadatak LNB-a je da pojača primljeni satelitski radio signal i filtrira šum, a šum je bilo koji signal koji ne nosi valjanu informaciju. LNB prenosi pojačan, filtrirani signal na satelitski modem na lokaciji korisnika.

Unutarnja jedinica (IDU - Indoor unit)

Satelitski modem služi kao sučelje između vanjske jedinice i opreme kupca (tj. računalo, router) i kontrolira satelitski prijenos i prijem. Od uređaja koji šalje (računalo, usmjerivač, itd.) prima ulazni bitstream i pretvara ga ili modulira u radio val i obratno za dolazne signale što se zove demodulacija. Omogućuje dvije vrste povezivanja:

Koaksijalni kabel (COAX) povezivanje na satelitsku antenu. Kabel koji nosi elektromagnetske satelitske signale između modema i antene općenito je ograničen na dužinu ne više od 150 feet-a.

Ethernet povezivost s računalom, noseći podatke klijenta prema i od servera internetskog sadržaja.

Satelitski modemi koriste DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) ili WiMAX (World Interoperability for Microwave Access) telekomunikacijske standarde kako bi komunikacirali sa dodijeljenim gateway-om.

Izazovi i ograničenja

Latencija signala

Latencija je kašnjenje između traženog podatka i primitka odgovora, ili u slučaju jednosmjerne komunikacije, između stvarnog trenutka emitiranja signala i vremena dolaska na odredište. Količina latencije ovisi o pređenoj udaljenosti brzine svjetlosti. Svjetlu, uključujući i bežično zračenje, treba oko 0.12 sekundi da dosegne geostacionarni satelit (na 36.000 km iznad ekvatora), tako da je potrebno gotovo četvrtina sekunde za cijelokupno putovanje. Latencija je glavna razlika između standardne zemaljske mreže i geostacionarne satelitske mreže. Cijelokupno vrijeme latencije geostacionarne satelitske mreže je gotovo 20 puta veće od zemaljske mreže.

Aplikacije geostacionarno neprikladane za niske latencije

Geostacionarna orbita (ili geostacionarna orbita Zemlje / GEO) je geosinkrona orbita točno iznad Zemljinog ekvatora (0 ° širine), sa periodom jednakoj periodi Zemljine vrtnje i orbitalne ekscentričnosti od oko nula (tj. "kružna orbita"). Objekt u geostacionarnoj orbiti se čini nepomičan, na fiksnom položaju na nebu, u odnosu na promatrača na tlu. Komunikacijski sateliti i vremenski sateliti su često u geostacionarnim orbitama, tako da se satelitske antene koje komuniciraju s njima ne moraju pomicati kako bi ih pratili, već su nepomično učvršćene u istom položaju prema nebu. Zbog konstantnog 0° zemljopisne širine i cirkularnosti geostacionarne orbite, sateliti u GEO se samo razlikuju u zemljopisnoj dužini.

U usporedbi sa komunikacijama na tlu sve geostacionarne satelitske komunikacije imaju visoke latencije zbog signala koji putuje 35.786 km (22.236 milja) na satelit u geostacionarnoj orbiti i ponovo nazad na Zemlju. Čak i pri brzini svjetlosti (oko 300.000 km / s ili 186.000 milja u sekundi) to kašnjenje može biti značajano. Ako se otklone sve ostale signalizacijske prepreke signalu još uvijek treba oko 250 milisekundi (ms), ili oko četvrtine sekunde, putovanja do satelita i natrag na zemlju. Apsolutni ukupni minimum kašnjenja je promjenjiv s obzirom da satelit boravi na jednom mjestu na nebu, dok korisnici na tlu mogu biti izravno ispod sa latencijom od 239,6 ms, ili daleko na rubu planete blizu horizonta sa cjelokupnom latencijom od 279,0 ms.

Za internet paket, kašnjenje se udvostručuje prije nego dođe odgovor. To je teoretski minimum. Faktoriranje u ostalim normalnim kašnjenjima iz mrežnih izvora daje tipičnu jednosmjernu latenciju od 500-700 ms od korisnika do ISP-a, ili oko 1,000-1,400 ms latencije za ukupno vrijeme obilaska (RTT) nazad do korisnika. To je puno više nego što većina dial-up korisnika doživljava sa prosjekom od 150-200 ms ukupne latencije ili nekoliko reda veličine veće od tipičnih 15-40 ms latencija kod korisnika internet usluga velike brzine, kao što su kabel ili VDSL .

Ne postoji način da se eliminiraju latencije za geostacionarne satelite, ali problem se može donekle ublažiti sa značajkom TCP ubrzanja koja skraćuje vrijeme povratnog putovanja (RTT) po paketu razdvajanjem povratne veze između pošiljatelja i primatelja. Takva ubrzanja su obično prisutna u najnovijem razvoju tehnologije ugrađene u nove usluge satelitskog interneta.

Latencija također utječe na iniciranje sigurne internetske veze, kao što su SSL koja zahtijeva razmjenu brojnih dijelova podataka između web poslužitelja i web klijenta. Iako su ti dijelovi podataka mali, višestruka ukupna putovanja (RTT) koja obuhvaćaju handshake proizvode velika kašnjenja u odnosu na druge oblike povezivanja s Internetom, kao što je dokumentirano Stephen T. Cobb u izvješću

objavljenom 2011. u Rural Mobile and Broadband Alliance. Ova smetnja se proširuje na unos i uređivanje podataka pomoću nekih Software as a Service ili SaaS aplikacija, kao i drugih oblika online rada.

Funkcionalnost uživo interaktivnog pristupa udaljenog računala, kao što su virtualne privatne mreže, radi puno bolje s novom generacijom usluga satelitskog Interneta nego u prošlosti.

Prihvatljive latencije, ali na manjim brzinama i nižim orbitama

Sateliti srednje Zemljine orbite (MEO – medium earth orbit) i niske Zemljine orbite (LEO – low earth orbit) nemaju takva velika kašnjenja. Na primjer:

Trenutni položaj LEO satelita Globalstar i Iridium imaju kašnjenja manja od 40 ms za ukupno vrijeme obilaska, ali je njihov promet manji od širokopojasnog od 64 kbit / s po kanalu. Globalstar konstelacija kruži na oko 1.420 km iznad Zemlje a Iridium na visini od 670 km.

Predložena O3b Mreže MEO konstelacija zakazana za pogon u 2013. bi kružila na 8062 km, s RTT latencijom od oko 125 ms. Predložila nova mreža također je dizajnirana za znatno višu propusnost sa linkovima i više od 1 Gbit / s (gigabita u sekundi).

Planirani COMMStellation, zakazan za lansiranje u 2015., će kružiti oko Zemlje na 1000 km s kašnjenjem od oko 7 ms. Ova konstelacija u polarnoj orbiti od 78 mikrosatelita osigurava globalnu okosnicu s protokom većim od 1,2 Gbit / s.

Za razliku od geostacionarnih satelita, sateliti u niskoj i srednjoj zemljinoj orbiti nisu u fiksnom položaju na nebu. Prema tome, antene na tlu se nemogu lako uspostaviti komunikaciju sa bilo kojim određenim satelitom. Kao i sa GPS-om, male orbite uzrokuju da sateliti u niskoj Zemljinoj orbiti budu na nebu samo sat vremena ili manje prije nego što odu iza horizonta i izvan dosega, tako da takav složeni prelaz mora biti učinjen kako bi se prenio fiksni zemaljski signal na druge satelite.

Komunikacija sa MEO ili LEO satelitima se može obaviti na dva načina:

Više difuznim ili potpuno omni usmjerenim antenama na tlu koje mogu komunicirati u isto vrijeme s jednim ili više vidljivih satelita na nebu, ali sa znatno većom snagom odašiljanja od fiksnih geostacionarnih antena (zbog niske dobiti) i uz dosta lošiji signal šum odnos za prijem signala.

Praćenjem, visoko – dobitnih antena uske zrake, ali to praćenje zahtijeva skuplja rješenja poput motoriziranih antena ili antene sa dinamičnim fazama polja koje mogu usmjeriti zraku elektronski i kompleksnim softverom koji može predvidjeti putanju svakog satelita u konstelaciji.

Problemi zbog kiše

Na satelitske komunikacije utječe vlaga i različiti oblici padalina (kao što su kiša ili snijeg) na putu signala između krajnjih korisnika ili zemaljskih postaja i satelita koji se koristi. Ovakva smetnja na signalu je poznata kao kišna smetnja (rain fade). Učinci su manje izraženi u nižim frekvencijeama 'L' i 'C' banda, ali mogu postati vrlo veliki na višoj frekvenciji 'Ku' i 'Ka' banda. Za usluge satelitskog

interneta u tropskim područjima s jakom kišom, popularno je korištenje C-banda (4/6 GHz) s kružnom polarizacijom satelita. Satelitske komunikacije na Ka bandu (19/29 GHz) mogu koristiti posebne tehnike kao što su margine obilatih kiša, prilagodljivu uplink kontrolu snage i smanjenje brzine prijenosa tijekom padalina.

Kišne margine su dodatni uvjeti komunikacijske veze koji se uzimaju u obzir pri signalnoj degradaciji zbog vlage i oborina, te su od velike važnosti za sve sustave koji rade na frekvencijama iznad 10 GHz.

Vrijeme kada usluga nije dostupna se može smanjiti povećanjem satelitskog komunikacijskog tanjura kako bi prikupili više satelitskog signala na silaznoj vezi i pružili jači signal na uzlaznoj vezi. Drugim riječima, povećanje dobitka antene pomoću većeg tanjura je jedan od načina povećanja ukupne dobiti kanala i shodno tome signal-šum (S / N) odnosa, što omogućuje bolji signal pri utjecaju kiše bez da S / N omjer padne ispod minimalnog praga za uspješnu komunikaciju.

Moderne potrošačke antene imaju tendenciju biti prilično male, što smanjuje kišnu marginu ili povećava potrebnu satelitsku silaznu snagu i troškove. Međutim, često je isplativije izgraditi skuplji satelit i manju, jeftiniju potrošačku antenu nego povećati veličinu potrošačke antene kako bi smanjili troškove.

Veliki komercijalni tanjuri od 3,7 m do 13 m promjera se koriste za postizanje velike kišne margine i za smanjenje troškova po bitu zahtijevajući daleko manjoj energiji iz satelita. Sateliti obično koriste fotonaponski solarni izvor energije tako da nema trošaka za samu energiju, ali moćniji sateliti zahtijevaju snažnije solarne panele i elektroniku, često uključujući veću odašiljačku antenu. Veće satelitske komponente ne samo da povećavaju troškove, već i težinu satelita i općenito, troškovi lansiranja satelita u orbitu su izravno proporcionalni njegovoj težini. (Osim toga, budući da lansirna vozila (rakete) imaju određena ograničenja nosivosti, veći dijelovi satelita mogu zahtijevati složenije sklopive mehanizme za dijelove satelita poput solarnih panela i high-gain antena ili u krajnjem slučaju nadogradnja na skuplje lansirno vozilo koje može podnijeti veći teret.)

Linija vidljivosti

Obično je potpuno jasna vidljivost između tanjura i satelita potrebna da sustav radi. Osim što je signal osjetljiv na apsorpciju i rasipanja uslijed vlage, također utječe i prisutnost drveća i druge vegetacije na putu signala. Kako se radio frekvencija smanjuje, na ispod 900 MHz, prodor kroz vegetaciju se povećava, ali većina satelitskih komunikacija je iznad 2 GHz što ih čini osjetljivim na sitne zapreke poput lišća.

Fresnel zona

Širina radio signala između bilo koje dvije antene nije savršeno ravna i ravnomjerna, kao što je snop svjetlosti. Umjesto toga, kako se signal širi dalje od odašiljačke antene, širi se prema središtu između dvije antene, a zatim se opet sužava kada prilazi prijemnoj anteni. To je poznato kao Fresnel zona (nazvano po fizičaru Augustin-Jean Fresnel) i ograničava korisnost satelitske antene na mjestima gdje

je izuzetno ograničeno čisto nebo za prijem signala. Put signala kroz prostor mora biti čist ne samo za izravnu liniju vidljivosti, već i za širenje Fresnelove zone.

Dvosmjerna satelitska komunikacija

Dvosmjerna satelitska internet usluga uključuje slanje i primanje podataka s udaljenog vrlo-malog-otvorom (VSAT) terminala putem satelita na telekomunikacijski hub (teleport), koji zatim prosljeđuje podatake zemaljskim Internetom. Na svakoj lokaciji satelitska antena mora biti precizno usmjerena kako bi se izbjegle smetnje sa drugih satelita. Tržište dvosmjerne satelitske komunikacije se može podijeliti na one sustave koji podržavaju profesionalne aplikacije, kao što su bankarstvo, maloprodaja i sl. i na onekoje pružaju malim i poslovnim korisnicima pristup internetu. Ključna razlika između ovih sustava može se vidjeti u njihovoj sposobnosti da podržavaju napredno upravljanje kvalitetom servisa. Dok sustavi za profesionalce kao što su oni iz iDirect-a omogućuju operaterima da definiraju i zadovolje ugovorenu kvalitetu usluge.

Postoji nekoliko tipova dvosmjernog satelitskog interneta, uključujući i pristup s više vremenskom podjelom (TDMA) i jedan kanal po nosiocu (SCPC). Dvosmjerni sustavi mogu biti jednostavni VSAT terminali sa 60-100 cm tanjurom i izlaznom snagom od samo nekoliko wata namijenjeni za potrošače i male tvrtke ili veće sustave kojima pružaju veću propusnost. Takvi sustavi često se označavaju kao "satelitski širokopojasni pristup", a mjesečna cijena im može biti dva do tri puta viša od zemaljskih sustava kao što su ADSL. Modemi koji se koriste za ovu uslugu često su vlasnički zaštićeni, ali neki od njih su kompatibilni s nekoliko drugih pružatelja usluga.

Propusnost

Kupci satelitskog interneta se razlikuju od pojedinačnih kućnih korisnika s jednim računalom do velikih udaljenih poslovnih lokacija s nekoliko stotina računala.

Kućni korisnici imaju tendenciju da koriste zajednički satelitski kapacitet kako bi smanjili troškove, a pri tome još uvijek imaju visoke brzine prijenosa kad nema zagušenja. Uobičajeno postoje vremenski ograničene kvote propusnosti, tako da svaki korisnik dobiva svoj udio, prema njihovoj uplati. Kada korisnik prekorači dopuštenje, tvrtka može usporiti njihov pristup, deklasirati njihov promet ili zaračunati naknadu za iskorištenu prekomjernu potrošnju.

Uplink smjer za zajedničke korisnike je obično višestruki pristup s vremenskom podjelom (TDMA), koji uključuje prijenos povremene kratke bljeskove paketa u odnosu na ostale korisnike (slično kao što mobitel dijeli pristupni toranj)

Svaka udaljena lokacija može također biti opremljena telefonskim modemom. Tu je veza kao i kod uobičajenih dial-up ISP-a. Dvosmjerni satelitski sustavi ponekad mogu koristiti modem kanal u oba smjera za podatke gdje je latencija važnija od propusnosti, a rezerviraju satelitski kanal za preuzimanje podataka gdje je propusnost važnija od latencije, npr. za prijenos datoteka.

Prijenosni satelitski modem

Obično dolaze u obliku kompaktnih ravnih pravokutnih kućišta koje treba odprilike usmjeriti u smjeru satelita – za razliku od VSAT-a ne moraju biti vrlo precizno usmjereni, a modemi imaju ugrađene mjerače jačine signala kako bi korisnik ispravno usmjerio uređaj. Modemi najčešće koriste Ethernet ili Universal Serial Bus (USB) priključke. Neki također imaju integrirani Bluetooth primopredajnik koji služi i kao satelitski telefon. Modemi također imaju svoje baterije, tako da se mogu spojiti na laptop. Najčešći takav sustav je Inmarsat BGAN - ovi terminali su odprilike veličine aktovke i imaju gotovo simetrične brzine spajanja oko 350-500 kbit / s. Postoje manji modemi koje nudi Thuraya ali samo na brzinama od 444 kbit / s na ograničenom području pokrivenosti.

Internet putem satelitskog telefona

Već dugi niz godina satelitski telefoni su u mogućnosti da se spoje na internet. Propusnost varira od oko 24 kbit/s za Iridium satelitske mreže i ACeS temeljene telefone do 15 kbit/s uzlazno i 60 kbit/s nizlazno za Thuraya uređaje. Globalstar također omogućuje pristup internetu do 96 kbit/s - kao i za Iridium i ACeS dial - up veza je potrebna i naplaćuje se po minuti, no oba Globalstar i Iridium planiraju lansirati satelite koji će nuditi uvijek dostupne podatkovne usluge na višim razinama. Kod Thuraya telefona također je moguća 96 kbit/s dial - up veza, 60 kbit/s servis je uvijek dostupan, a korisnik se naplaćuje po količini prenesenih podataka. Telefoni se mogu spojiti na laptop ili drugo računalo pomoću USB ili RS - 232 sučelja. Zbog niske propusnosti izuzetno je sporo pregledavanje weba s takvim vezama, ali korisno za slanje e-pošte, Secure Shell podatke i druge nisko - propusne protokole. Budući da satelitski telefoni imaju omnidirekcionalne antene nema potrebe za usmjeravanje dokle god postoji optička vidljivost između telefona i satelita.

Multicast

Ako imate podatke (puno informacija, obično) koje treba odaslati na različite (ali obično ne sve) host-ove preko interneta, onda je Multicast odgovor. Jedna od najčešćih situacija u kojima se koristi je prilikom distribucije u realnom vremenu audia i videa na set host-ova koji su se pridružili distribuiranoj konferenciji.

Multicast je kao i radio ili TV u smislu da samo oni koji su ugodili svoje prijemnike (odabirom određene frekvencije) primaju informacije. Ustvari: čujete kanal koji vam je interesantan, ali ne i druge.

Problem Unicast-a

Unicast je sve ono što nije broadcast niti multicast. Kada šaljete paket, a postoji samo jedan pošiljatelj proces – vaš – i jedan proces primatelj (onaj koji šalje paket prema), onda je to unicast. TCP je, po

vlastitoj prirodi, unicast orijentirani. UDP podržava puno više paradigme, ali ako šaljete UDP pakete i postoji samo jedan proces koji bi ih trebalo primiti, to je također unicast.

S današnjom tehnologijom moguće je priuštiti "trošak" izrade Unicast veze sa svima koji žele vidjeti vašu web stranicu. Međutim, ako šaljete audio i video, koji trebaju veliku količinu propusnosti u usporedbi s web aplikacijama – imate, sve dok multicast nije došao na scenu – dvije opcije: uspostaviti zasebnu Unicast vezu sa svakom od primatelja, ili da koristite broadcast. Prvo rješenje nije pristupačno: ako smo rekli da je jedna veza za slanje audia / videa troši veliku propusnost, zamislite da uspostavljate stotine ili možda tisuće tih veza. I vaše računalo i vaša mreže bi se srušila.

Broadcast je čini se rješenje, ali to nije pravo rješenje. Ako želite da svi host-ovi u vašem LAN-u sudjeluju u konferenciji, možete koristiti broadcast. Paketi će se slati samo jednom i svaki host će ih primiti jer su poslani na adrese prijenosa. Problem je u tome što su možda samo neki host-ovi, ali ne svi, zainteresirani za te pakete. Nadalje: možda su neki host-ovi stvarno zainteresirani za vašu konferenciju, ali su izvan vašeg LAN-a, nekoliko routera daleko. Znate da broadcast radi dobro unutar LAN-a, ali problemi nastaju kada želite broadcast pakete preusmjeriti na drugi LAN.

Čini se da je najbolje rješenje ono u kojem šaljete pakete do određene posebne adrese (određene frekvencije u radio / TV prijenosu). Zatim, svi host-ovi koji su se odlučili da se pridruže konferenciji će biti svjesni paketa sa te odredišne adrese, pročitat će ih kada prolaze preko mreže, te će ih prenijeti na IP sloj kako bi se demultipleksirali. To je slično s broadcast-om na naćin da šaljete samo jedan broadcast paket, a svi host-ovi u mreži ga prepoznaju i čitaju; razlikuje se, međutim, u tome da nisu svi multicast paketi pročitani i obrađeni, već samo oni koji su prethodno registrirani u kernelu kao "interesantni".

Ti posebni paketi se usmjeravaju na kernel razinu kao i svaki paket jer su to IP paketi. Jedina razlika se nalazi u algoritmu usmjeravanja koji govori kernelu gdje da ih usmjeri ili ne usmjeri.

Multicast adrese

Raspon IP adresa je podijeljen u "klase" koje se temelje na veličini reda bitova od 32 bita IP adrese:

_____________________________________________________________________________________________________

Bit --> 0 31 Address Range:

+-+----------------------------------------+

|0| Class A Address | 0.0.0.0 - 127.255.255.255

+-+----------------------------------------+

+-+-+--------------------------------------+

|1 0| Class B Address | 128.0.0.0 - 191.255.255.255

+-+-+--------------------------------------+

+-+-+-+------------------------------------+

|1 1 0| Class C Address | 192.0.0.0 - 223.255.255.255

+-+-+-+------------------------------------+

+-+-+-+-+----------------------------------+

|1 1 1 0| MULTICAST Address | 224.0.0.0 - 239.255.255.255

+-+-+-+-+----------------------------------+

+-+-+-+-+-+-------------------------------+

|1 1 1 1 0| Reserved | 240.0.0.0 - 247.255.255.255

+-+-+-+-+-+-------------------------------+

_____________________________________________________________________________________________________

Ona koja se nas tiče je "Class D adresa". Svaki IP datagram čija odredišna adresa počinje s "1110" je IP Multicast datagram.

Preostalih 28 bitova identificiraju multicast "grupe" na koje se datagram šalje. Nasljedno prethodnoj analogiji, morate podesiti svoj radio kako bi čuli program koji se emitira u nekoj određenoj frekvenciji, na isti način morate "naštimati" kernel da prima pakete poslane na određenu multicast grupu. Kada to učinite, kaže se da se host pridružio toj skupinu na sučelju koje ste naveli.

Postoje neke posebne multicast skupine, recimo "dobro poznate multicast skupine", koje ne bi trebali koristiti u određenim aplikacijama zbog njihove posebne namjene:

224.0.0.1 je all – host skupina. Ako ping-ate tu skupinu, svi multicast sposobni host-ovi na mreži bi trebali odgovoriti, jer se svi multicast sposobni host-ovi moraju pridružiti toj grupi na start-up na svim svojim multicast sposobnim sučeljima.

224.0.0.2 je all – router skupina. Svi se multicast usmjerivači moraju pridružiti toj grupi na na svim svojim multicast sposobnim sučeljima.

224.0.0.4 je all DVMRP routeri, 224.0.0.5 je all OSPF routeri, 224.0.013 je all PIM routeri, itd.

Sve ove posebane multicast skupine se redovito objavljuju u " Assigned Numbers " RFC.

U svakom slučaju, raspon 224.0.0.0 kroz 224.0.0.255 je rezerviran za lokalne potrebe (kao administrativni zadaci i zadaci održavanja), a datagrami namijenjeni njima se nikada ne proslijede od strane multicast usmjerivača. Slično je raspon 239.0.0.0 do 239.255.255.255 rezerviran za "administrativno područje“.

Razine skladnosti

Host-ovi mogu biti u tri različite razine skladnosti sa multicast specifikacijama, prema postojećim zahtjevima.

Razina 0 je "nema podrške za IP Multicasting" razina. Puno host-ova i usmjerivača na internetu su u tom stanju, jer multicast podrška nije obvezna u IPv4 (međutim je u IPv6). Ne treba previše ovo objašnjavati: host-ovi na ovoj razini ne mogu niti slati niti primati multicast pakete. Moraju ignorirati one poslane od strane drugih multicasting sposobnih host-ova.

Razina 1 je "podrška za slanje, ali ne i primanje multicast IP datagrama" razina. Dakle, imajte na umu da nije nužno pridružiti se multicast grupi kako bi joj mogli poslati datagrame. Vrlo malo treba dodati IP modulu da se od "Razine 0" host-a napravi "Razina 1 podržana".

Razina 2 je "puna podrška za IP multicast" razina. Razina 2 host-ovi moraju biti u mogućnosti i da šalju i da primaju multicast promet. Moraju znati način kako se pridružiti i napustiti multicast grupe i tu informaciju proslijediti multicast usmjerivačima. S toga, moraju uključiti Internet Group Management Protocol (IGMP) implementaciju u TCP/IP složaj.

Prijem MULTICAST datagrama

Pridruživanje multicast grupi

Broadcast je (u usporedbi) lakše implementirati nego multicast. Ne zahtijeva od procesa da daju kernel-u pravila o tome što učiniti s broadcast paketima. Kernel jednostavno zna što treba učiniti: učita i dostavi ih sve odgovarajućim aplikacijama.

Kod multicasta, međutim, potrebno je savjetovati kernel koje su nam multicast grupe interesantne. Odnosno, moramo pitati kernel da se "pridruži" tim multicast grupama. Ovisno o podlozi hardvera, multicast datagrame filtriraju hardver ili IP sloj (a u nekim slučajevima objoe). Samo oni koji su se prethodno registrirali u destinacijsku grupu putem pridruživanja su prihvaćeni.

U biti, kada se pridružujemo grupi govorimo kernel-u: "OK. Znam da, po defaultu, ignoriraš multicast datagram, ali sjeti se da sam zainteresiran za ovu multicast grupu. Dakle, učitaj i isporuči (na bilo koji zainteresirani proces, ne samo meni) bilo koji datagram koji vidiš u ovom mrežnom sučelju na ovoj multicast grupi u svojem odredišnom polju".

Neka razmatranja: prvo, imajte na umu da se ne pridružujete samo grupi. Pridružujete se grupi na određenom mrežnom sučelju. Naravno, moguće je pridružiti se istoj grupi na više od jednog sučelja. Ako ne odredite konkretno sučelje, onda će ga kernel odabrati na temelju svojih tablica usmjeravanja kada će datagrami biti poslani. Također je moguće da se više od jednog postupka pridruži istoj multicast grupi na istom sučelju. Svi će dobiti datagrame poslane toj skupini preko tog sučelja.

Kao što je već rečeno, bilo koji multicast – sposoban host se pridružuje all – host grupi na start-up, tako da se "ping" 224.0.0.1 vraća od svih računala u mreži koja imaju multicast omogućeno.

Na kraju, razmotrite, da bi proces mogao primiti multicast datagrame mora pitati kernel da se pridruži grupi i povezati port na koje su ti datagrami poslani. UDP sloj koristi i odredišnu adresu i port kako bi demultipleksirao pakete i odlučuje na koju ih priključnicu dostaviti.

Napuštanje multicast grupe

Kada proces više nije zainteresiran za multicast grupu, informira kernel da želi napustiti tu grupu. Važno je shvatiti da to ne znači da kernel više neće prihvatiti multicast datagrame namijenjene toj multicast grupi. To će i dalje činiti, ako postoji više precesa koji su izdala "multicast pridruženje" peticiju za tu grupu i koji su još uvijek zainteresirani. U tom slučaju host ostaje član grupe, dok se svi procesi ne odluče da napuste grupu.

Još više: ako napusti grupu, ali ostane vezan za port na koji je primao multicast promet, a postoje još procesa koji su se pridružili grupi, i dalje će primati multicast prijenose.

Ideja je ta da pridruživanje multicast grupi samo govori IP-u i podatkovnom sloju (koji u nekim slučajevima izričito govori hardveru) da prihvatiti multicast datagrame namijenjene toj grupi. To nije članstvo po procesu, već članstvo po host-u.

MBone

Korištenje nove tehnologije obično nosi neke prednosti i nedostatke. Prednosti su multicasta su – Ja mislim – čisto. Glavni nedostatak je da ga stotine host-ova, a posebno routera ne podržava još. Kao posljedica toga, ljudi koji su počeli raditi na multicastu, kupili su novu opremu, modificirali su svoje operativne sustave i izgradili multicast otoke u svojim lokalnim mjestima. Tada su otkrili da je teško komunicirati s ljudima koji rade slične stvari, jer ako samo jedan od routera između njih ne podržava multicast ne može se ništa učinit...

Rješenje je jasno: odlučili su izgraditi virtualnu multicast mrežu na vrhu Interneta. Odnosno: stranice sa multicast usmjerivačima između njih mogu komunicirati izravno. Ali, stranice pridružene preko unicast usmjerivača će poslati svoj otočni multicast prometa upakiran u unicast pakete na druge multicast otoke. Usmjerivači u sredini neće imati problema, jer se bave s unicast prometom. Konačno, u prijamnom mjestu, promet će biti odpakiran i poslan na otok u izvornom multicast načinu. Dva kraja koja pretvaraju multicast u unicast i nazad u multicast definiraju ono što se zove multicast tunel.

MBone ili Multicast Backbone je ta virtualna multicast mreža koja se temelji na multicast otocima povezani multicast tunelima.

Politike usmjeravanja i tehnike prosljeđivanja

Jedan trivijalni algoritam koji bi cijelom svijetu pružio multicast promet bi bio da ga samo pošalje... svugdje, unatoč što to netko želi ili ne. Zato što se to ne čini posve optimizirano, implementirano je nekoliko algoritama usmjeravanja i tehnika prosljeđivanja.

DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol) je možda onaj koji multicast usmjerivači najviše koriste danas. To je protokol gustog moda usmjeravanja, to jest, djeluje dobro u okruženjima s visokom propusnošću i gusto raspoređenim članovima. Međutim, u scenariju rijetkog moda, pati od problema skalabilnosti.

Zajedno s DVMRP možemo naći i druge guste modove protokola usmjeravanja, kao što je MOSPF (Multicast Extensions to OSPF – Open Shortest Path First –) i PIM - DM (Protocol – Independent Multicast Dense Mode).

Za obavljanje usmjeravanja u rijetkim mod sredinama, imamo PIM -SM (Protocol Independent Multicast Sparse Mode) i CBT (Core Based Trees).

Svi ovi protokoli usmjeravanja koriste neku vrstu multicast prosljeđivanja, kao što su poplave, Reverse Path Broadcasting (RPB), Truncated Reverse Path Broadcasting (TRPB), Reverse Path Multicasting (RPM) ili Shared Trees.

Multicast transport protokoli

Do sada smo govorili o multicast prijenosu pomoću UDP-a. To je uobičajena praksa, jer je nemoguće to učiniti s TCP-om. Međutim, u zadnjih nekoliko godina odvijaju se brojna istraživanja kako bi se razvile neki novi multicast transport protokoli.

Nekoliko od tih protokola su implementirani i testiraju se. Dobra lekcija je čini se da nema općenitog multicast transport protokola i dovoljno dobrog za sve tipove multicast aplikacija.

Ako su transportni protokoli komplicirani i teško ugodljivi, zamislite kako je sa kašnjenjem (u multimedijalnim konferencijama), gubitak podataka, naređivanje, ponovno slanje, tok i kontrola zagušenja, upravljanja skupinama, itd., kada na prijemu nije jedan, već možda i stotine ili tisuće host-ova. Ovdje je skalabilnost problem, a nove tehnike se uvode kao što je ne davanje priznanja za svaki primljeni paket nego slanjene negativnog priznaja (NACK) za podatke koji nisu primljeni. RFC 1458 nudi predložene uvjete za multicast protokole.

Real-Time Transport Protocol (RTP) se bavi višestranim multimedijskim konferencijama, Scalable Reliable Multicast (SRM) koristi wb (distribuirani White – Board alat), Uniform Reliable Group Communication Protocol (URGC) provodi pouzdane i naređene transakcije sa temeljene na centraliziranom kontrolom, Muse je razvijen kao posebna protokol aplikacija: za multicasting vijesti preko MBone-a, Multicast File Transfer Protocol (MFTP) govori samo o sebi i ljudi se "pridružuju" na isti način na koji bi se pridružiti konferenciji, Log-Based Receiver-reliable Multicast (LBRM) je znatiželjni protokol koji prati sve pakete koji su poslani na log server, a koji govori pošiljatelju da li mora ponovo poslati podatke ili ne mora jer su ih svi prijamnici dobili. Jedan protokol sa smiješnim imenom, pogotovo za multicast protokole, je STORM (STructure-Oriented Resilient Multicast).

VSAT danas

Sateliti visoke propusnosti

Danas, dolaskom Satelita visoke propusnosti (HTS – High Throughput Satellite) i tehnologije, u kombinaciji s porastom potražnje za satelitskim komunikacijama, očekuje se da će imati dubok utjecaj u VSAT industriji. Uz ogroman priliv propusnosti kapaciteta, HTS će donijeti poboljšane brzine i niže troškove. U kombinaciji s velikim svemirskim segmentom i infrastrukturnim napretkom, postoji velika mogućnost da se ubrza i usvoji cjelokupni VSAT na mnogo širem planu .

HTS Osnove

Sateliti visoke propusnosti su nova vrsta širokopojasnih satelita visokih performansi koji danas uglavnom koriste Ka - band frekvencije, ali ne i isključivo - jer Intelsat najavljuje EPIC pa bi mogli vidjeti Ku HTS vrlo brzo.

HTS je bitno različit u pogledu dizajna i zahtjevima na tlu. (Za više detalja, pogledajte HTS Whitepaper). Tradicionalni sateliti koriste velike regionalne zrake koje pokrivaju cijelo područje sa fiksnim kapacitetom. Svaki davatelj usluga može posjedovati hub i teleport i nuditi usluge kupcima sve dok god su u satelitskom području pokrivanja. Za razliku od toga, HTS iskorištava ponovno korištenje frekvencije na više nasumičnih zraka za stvaranje golemog povećanja kapaciteta. Dedicirana visoko propusna „feed“ veza je potrebna da opsluži zrake. Hub infrastruktura mora biti smještena unutar „feed“ linka kako bi opslužila sve zrake. Pogledajte ispod :

Kako je lansirano sve više i više HTS-a od njih se očekuje, tijekom vremena, da osiguraju ogroman priliv propusnosti kapaciteta koji će isporučiti veće brzine po manjoj cijeni. U stvari, NSR navodi da se od satelita visoke propusnosti očekuje da će dostaviti najmanje 1,34 Tbps kapaciteta do 2020 godine.

Budući da propusnost više neće ograničavati kako se posluje, očekuje se brzo usvajanje satelita i otvaranje vrata za nove mogućnosti i u privatnom i državnom tržištu.