Спутниковый интернет: начинаем с нуля

Что такое спутниковый интернет ? При работе в Интернет-среде прием и передача информации осуществляется двумя потоками:

1. запросы пользователя на ресурс
2. пересылка запрошенного ресурса

Спутниковым, чаще всего, называется комбинированный способ доступа в Интернет, когда первый поток (запросы пользователя) передается через простое телефонное DialUp/IP соединение, а второй поток (запрошенной информации) направляется на спутниковую антенну, установленную у пользователя.
При стандартной работе в Интернет-среде объем информации, посылаемой пользователем, в 10 раз меньше, чем объем информации приходящей по запросу. Так что, используя высокую пропускную способность (до 2000 Кбит/с.) спутниковой антенны, Вы можете многократно ускорить свою работу в Интернет.
При обычном доступе в Интернет отправка и получение данных происходит следующим образом. При Dial-up соединении, дозвонившись к провайдеру и идентифицировавшись, Вы получаете временный IP-адрес. Используя данный IP-адрес Вы запрашиваете ресурс и получаете его на этот IP.
При спутниковом (асимметричный) доступе используется следующая схема :

1. Вы входите в Интернет используя "наземного" (например Dial-up) провайдера и получаете у него временный IP-адрес.
2. Посылая запрос на ресурс Вы, используя данный IP-адрес, отправляетесь сначала на прокси-сервер "тарелочного" провайдера. На нем "прописаны" логин и пароль, которые выдаются Вам при установке DVB-платы.При установлении связи с прокси-сервером они идентифицируются.
3. Прокси-сервер запоминает Ваши логин и пароль.
4. По маршруту запроса Вы отправляетесь, используя IP-адрес прокси-сервера. Ваш временный IP-адрес во время сессии остается скрытым.
5. Запрашиваемые данные получаются прокси-сервером и, далее, передаются через спутник на ту DVB-карту, логин и пароль которой были идентифицированы и занесены в память при посылке пользователем запроса.
6. Вы получаете искомый ресурс.

На сегодняшний день существует несколько способов соединения с сетью Интернет. Самые известные из них это:
• Модемное соединение
• Соединение по выделенной линии
• Радиодоступ
• Спутниковое соединение

 

Подробней о Достоинствах и недостатках этих типов соединений по отношению к Спутниковому...

Введение

Какая у вас скорость работы в интернет? Только не говорите, что вам её хватает. Рано, или поздно, но запросы любого человека, а тем более, организации, начинают расти. А без быстрого интернета сегодня никуда. Пока что для рабочих групп оптимальный выбор - это выделенная линия до провайдера, но выгодно такое решение лишь до поры - до времени. ISDN, DSL и любые другие проводные линии - не выход из ситуации. Вы же будете привязаны к провайдеру толстенной цепью. А провайдер, это такое существо, которое и трафик считает, и скорость обрезает.

Первый советский спутник связи "Молния" был выведен на орбиту в апреле 1965 г. Спутник имел высокоэллиптическую орбиту с апогеем 40000 км, перигеем - 500 км, наклоненную по отношению к экваториальной плоскости на угол около 64 град. Основное назначение спутников этой серии было в ведении телевизионных передач и осуществлении дальней телефонной и телеграфной связи. Именно с этого спутника началось регулярное и широкое использование спутников для телевизионного вещания. И началось оно 23 апреля впечатляющим экспериментом - передачей телевизионного сигнала из Москвы во Владивосток. В СССР в течение двух лет после запуска этого спутника связи в течении двух лет была создана первая в мире спутниковая телевизионная распределительная сеть. К 1967 г. были введены в действие 20 наземных станций.

Вы никогда не смотрели за статистикой вашего трафика? Если на вашем компьютере не установлен веб-сервер, а вы просто работаете в интернете, то исходящий трафик с вашего компьютера будет в десятки раз меньше входящего. Всё потому, что работая в сети, мы передаём меньше, чем получаем. Да и вообще наша жизнь построена таким образом, что человек всегда отдаёт меньше, чем получает. Мы произносим на улице одно слово, а слышим шум и рёв окружающего города. Мы постоянно слушаем радио, смотрим телевизор, читаем газеты, не вкладывая в их производство ничего. Так почему бы не воспользоваться этим принципом и не начать использовать уже существующие для нас станции на нашу пользу? Можно было бы организовать интернет по радиоканалам, по телетексту, по ЛЭП, если бы всё это вещалось в цифровом формате. А так как в цифровом формате телевидения у нас в ближайшее время (да и не только в ближайшее) не предвидится, то из существующих передающих станций использовать нам нечего. Надо бы возвращаться обратно к проводам, но уж нет. Ведь в цифровом формате ведётся трансляция со спутников, которые обеспечивают весь мир сотнями теле- и радио- каналов. Спутник - это идеальное устройство для наших целей. На спутник постоянно с высокой скоростью передаются цифровые потоки, а сам он постоянно посылает их на всю область своего покрытия - на десятки стран и сотни городов. Вместе с цифровым видеопотоком спутник может передать для нас зашифрованный, понятный только для нас пакет информации, который компьютер примет, расшифрует и в результате выдаст нам тот самый, необходимый нам гигабайтный файл. Стоит ли говорить, что ресурсы у спутников огромны, и такие сателлиты могут передавать гигабайты информации, сотням клиентов, даже не чувствуя загрузки. В идеальном случае, конечно же.

Число мест стояния спутников на геостационарной орбите и радиочастотных каналов относится к ограниченным ресурсам, которыми располагает человечество и в соответствии с международными соглашениями являются его собственностью. Органом, регулирующим эти проблемы, включая распределение частот, является Всемирная административная конференция по радио (ВАКР). Ну, а вся текущая работа ведется через Международный электротехнический союз (МСЭ).

В частности, для ввода той или иной космической системы связи и вещания следует зарегистрировать ее в МСЭ за 6-2 года до ввода в эксплуатацию. В этот процесс входит предварительная публикация данных о планируемой системе. Затем необходимо скоординировать эти планы с намерениями других сторон и зарегистрировать частотные присвоения. Процесс координации начинается с переписки, а завершается переговорами с участием делегаций от администраций заинтересованных сторон. Словом, эта достаточно сложная работа, проводимая в рамках процедур и правил МСЭ, гарантирует соблюдение интересов всех стран и, главное, достаточно справедливый порядок.

Цифровое спутниковое телевидение

Для начала, рассмотрим саму систему цифрового спутникового телевидения, чтобы иметь представление о тех, или иных терминах спутникового телевидения. Современные спутники имеют геостационарную орбиту. Это означает, что угловая скорость движения спутника равна скорости вращения земли по величине и направлению. Это значит, что относительно любой точки на земле, спутник "висит" неподвижно. Высота, на которой висит спутник, равна примерно 36 тысячам километров. Благодаря постоянному положению спутника, для приёма сигнала с него не надо перестраивать антенну. В течение всей своей жизни спутник будет находиться в одном и том же направлении от вас. Число мест на геостационарной орбите, где сегодня обитают спутники телевизионного вещания, ограничено. Сегодня таких мест около четырёхсот. В каждом месте, в каждой точке, могут висеть сразу несколько спутников, даже более десяти. Чтобы спутники не мешали друг другу помехами, их частоты вещания, зоны обслуживания и рабочие каналы выбираются разбрасываются в определённых диапазонах. Сегодня спутники регулярно выводятся на орбиту и сводятся с неё. Это связано не только с истечением срока службы спутников, который колеблется от пяти до семи лет, но и с моральным старением оборудования, а также с поломками.

Луч- диаграмма направленности, определяет зону покрытия. Основная характеристика принятия передач со спутника. У разных тpанспондеpов спутника диаграммы могут быть разные.

C-диапазон - диапазон C сантиметровый (4GHz) используется на старых спутниках и отечественным вещанием. Имеет очень широкие лучи. С точки зрения простого потребителя на нем пока можно смотреть некодиpованное телевидение.

Ku-диапазон - диапазон 10.700-12.750GHz наиболее популяpен для пpямого спутникового вещания. в этом диапазоне смотpят пpедачи 95% зpителей.

Транспондер - направленный передатчик спутника.

Кроме геостационарных спутников, могут использоваться ещё и так называемые низколетящие спутники. Разница между ними в том, что при применении низколетящих спутников связь организуется по принципу цепочки. Над землёй летают сотни спутников, сообщающихся между собой. При приёме данных с низколетящих спутников не обязательно иметь огромную параболическую антенну. Хватит и такой, что используется в сотовых телефонах, так как спутники излучают сигналы на очень высокой частоте. Преимущества использования низколетящих спутников очевидны - в космос можно запустить восемь сотен сателлит, которые не будут мешать друг другу и будут равномерно распределять между собой всю полосу каналов, спутники висят низко, покрывают малую площадь большой мощностью передатчиков, а значит с них можно принимать сигнал на маленькую антенку. Работать с низколетящими спутниками дороже, и пока что предпочтение отдаётся геостационарным.

На каждом спутнике работают десятки передатчиков мощностью сотни Ватт. Так как спутник сигналом покрывает достаточно большую площадь земли (пятно диаметром 2000 - 3000 Км), то уровень сигнала в разных точках приёма различен и невысок и измеряется в пиковаттах ( 10-12 Вт).

Диапазоны частот спутникового телевизионного вещания
Диапазоны	Полосы частот, ГГц
L	0,39 ... 155; 1,61 ... 1,71
S	1,93 ... 2,70
C	3,40 ...5,25; 5,725 ... 7,075
X	7,25 ... 8,40;
Ku	10,70 ... 12,57; 12,70 ... 14,80
Ka	15,40 ... 27,50; 27,00 ... 50,20
K	84,00 ... 86,00

Цифровое спутниковое телевидение полностью вытеснило аналоговое. Ещё в начале девяностых годов прошлого века был принят стандарт компрессии изображения MPEG-2. Появилась возможность по спутниковым каналам связи передавать видеосигнал со скоростью 1.5-15 МБит/c, в зависимости от качества изображения. Для просмотра фильма на домашнем оборудовании хватит и 6-9 МБит/с. В 1993 году 200 организаций из 30 стран мира пришли к единому стандарту цифрового вещания видеосигнала, DVB (Digital Video Broadcasting). Проект DVB относился не только к спутниковому вещанию, но и к передаче по кабельным каналам и по эфиру. Проект DVB основывался на применении стандарта MPEG-2 для передачи видеоизображения с многоканальным звуковым сопровождением. DVB позволяло также передавать любую другую информацию в цифровом виде.

Принципы построения спутникового интернета

Именно из-за перехода на DVB стало возможным появление DTH (Direct To Home), - возможности передавать большие объёмы информации непосредственно конечному пользователю, на его терминал. То есть, если раньше можно было использовать спутники для передачи информации на какой-то централизованный терминал, откуда данные расходились пользователям по наземным каналам, то теперь спутник передаёт данные каждому абоненту, будь то банковская организация, или домашний пользователь. Скорость при такой передачи может достигать 45 МБит/с.

Чтобы передавать, или принимать информацию со спутника, будь то радио, телевидение, или гигабайтный файл, необходима спутниковая (параболическая) антенна, или как её называют, тарелка. Без такой тарелки мы никак не сможем поучать цифровые потоки с сателлит, потому что так устроена спутниковая связь. А вот на передачу сигнала нам тарелка и не понадобится. Конечно, лучше всего было бы, если бы мы и передавали пакеты через антенну и принимали их тем же способом, но передающие антенны стоят слишком дорого даже для больших организаций. А тем более - что нам передавать? Ведь мы же не даром начали разговор с того, что мы передаём и что получаем? Для передачи данных нам хватит и самой дешёвой выделенной линии, если для организации, и обычного соединения по коммутируемым линиям (Dial Up) если для дома. Но как же тогда будет работать интернет через спутник?

Через обычного интернет-провайдера, к которому мы подключены в худшем случае, через Dial Up со скоростью (в ещё более худшем случае) 9600 мы передаём пакеты запросов на сервер, где хранится наш гигабайтный файл, или HTML страница. После этого файл передаётся вам через специальный Proxy-сервер, или некое его подобие, но уже не по наземному каналу, а через спутник. Для этого файл сначала приходит в специальный операционный центр, где на передающей спутниковой антенне отрывается от земли и идёт на спутник. Со спутника файл приземляется на вашу тарелку и попадает в компьютер, где и сохраняется на винчестере. Скорость передачи со спутника на вашу тарелку может исчисляться сотнями килобайт в секунду, в зависимости от его загруженности, а задержки между отправлением вашего запроса и началом пересылки вам файла могут быть такими же, или меньшими, чем у вашего провайдера. То есть, даже имея низкую скорость по коммутируемой линии, вы обеспечиваете себе очень быструю скачку файлов.

Форматы данных, передаваемые пользователю через сателлит, могут требовать, или не требовать подтверждения. Так например, если вы принимаете обычный телевизионный сигнал, ваш терминал не отвечает спутнику, и спутнику всё равно, принимаете ли вы чистую картинку, или цифровые глюки. Точно так же могут передаваться и файлы по принципу пейджинговой связи. Файл передаётся одним потоком и в случае прохождения ошибки откатка, или повтор пакета не происходит. Возможен и другой вариант, когда вы, как и при работе с обычным интернетом, подтверждаете приём пакетов по обратному каналу. В этом случае если пакет прошёл с ошибкой, он будет выслан ещё раз. Преимущества есть у обоих методов. У первого оно в том, что для приёма файлов вам не обязательно надо иметь соединение с интернет, а у второго в повышении надёжности. В первом случае данные передаются порциями, а во втором - это непрерывный поток. Сам поток данных в DVB занимает только часть полосы канала и передаётся в MPEG-2 вместе с другими потоками видео и радио каналов. Все приёмники, настроенные на ваш спутник, принимают ваши данные ваш файл, но они их отбрасывают, не расшифровывают, так как ID вашего пакета не соответствует их фильтрам. Для достижения большей безопасности данные могут дополнительно шифроваться скрамблерами.

Только что мы говорили про работу со спутниковым интернетом при наличии Dial-Up соединения с провайдером на скорости 9600. Из-за большой ассиметрии соединения, когда на передачу у вас скорость до 56 Кбит/с, а на приём - 384 Кбит/с и больше, работа в интернет будет в большей степени зависеть от вашего наземного канала, хоть и не всегда. Давайте посмотрим, почему. Как происходит загрузка страницы из интернет? Мы посылаем запрос серверу, на который сервер отвечает, посылая пакет данных. Получая этот пакет, клиент посылает подтверждение и ему посылаются ещё пакеты, но уже в большем количестве. Когда вся информация передана, клиент отправляет финальный пакет и закрывает соединение с сервером. После этого браузер анализирует HTML код страницы и для каждого встроенного объекта (картинок, флэш-анимаций, Java-апплетов), открывает новые соединения с сервером, или серверами. По той же самой схеме сервер параллельно передаёт нам картинки и все встроенные в страницу объекты. Так как передаются они все одновременно, общая скорость передачи возрастает. Чем больше картинок и объектов на странице, тем больше будет скорость, хотя для каждого объекта в отдельности скорость будет одинакова. Это означает, что имея страница из 50 картинок по сто килобайт каждая загрузится с такой же скоростью, как страница с одной стокилобайтовой картинкой. На приходящие пакеты клиентской части надо отвечать, что они прошли успешно. Вот здесь-то и сыграет роль наземное соединение. Одно дело - отсылать подтверждения на одну картинку, а другое - на 50. Для одного пользователя, возможно, эти задержки не будут заметны, так как перегрузить исходящий канал при обычном сёрфинге будет сложновато, а вот если вы работаете группой - тут надо позаботиться о высокой скорости обратной линии. Конечно, в качестве обратной линии можно также использовать передающую спутниковую антенну, но это слишком дорого даже для организаций, поэтому данного направления мы касаться не будем.

Итак, давайте подведём итоги нашего первого знакомства со спутниковыми технологиями. Мы знаем, что вокруг земли постоянно вращаются низколетящие спутники, сигнал с которых можно принимать на маленькую штырьковую антенну, но это дорого и пока что неудобно для интернета на компьютере, а скорее для спутниковых телефонов. Предпочтение отдаётся геостационарным сателлитам, которые всегда висят над одной точкой и покрывают сигналом одну и ту же область на земле. Сигналы спутника имеют разные диапазоны. Для организации спутникового интернета необходимо иметь соответствующее оборудование и обратный канал для связи с передающим центром, или прокси-сервером. Скорость передачи данных со спутника может быть очень высокой, но зависит она от загруженности сателлиты.