Klávesové zkratky na tomto webu - základní
Přeskočit hlavičku portálu

Teledesic - obloha plná satelitů

aktualizováno 
Vysokorychlostní data za rozumnou cenu a přes satelitní síť? Ale ano!
Tento článek shrnuje základní údaje o satelitním systému budoucnosti, kterým je projekt Teledesic. Nemá tedy za cíl podat vyčerpávající technické informace, kterých o tomto projektu zatím stejně není mnoho. Další informace můžete získat na u Lloyda Wooda.

Kromě základních údajů zde najdete i několik prvotřídních obrázků (č. 1,3,4,7) z dílny Geometry Centrum na univerzitě v Minnesotě, která má stránku na této adrese a zabývá se vizualizací satelitních systémů.

Celý projekt je zatím ve stádiu vývoje a proto nepovažujte všechny hodnoty za konečné, ještě může dojít ke změnám.

Nejdříve si uděláme krátký kurs abychom si udělali základní představu o tématu: Jak mnozí z vás asi ví, satelitní systémy se podle výšky oběžné dráhy dělí obecně do dvou kategorií a to na systémy umístněné na geostacionární oběžné dráze - GEO (geostationary-Earth-orbit), kde se výška oběžných drah pohybuje kolem 36 000 km a na systémy "negeostacionární", kam v první řadě patří systémy na nízké oběžné dráze - LEO (Low-Earth-orbit).

původní návrh Teledesicu s 840 aktivními satelity
obrázek 1 - původní návrh Teledesicu s 840 aktivními satelity

Satelitní systémy procházejí určitým vývojem a proto je můžeme rozdělit následovně :

Typ systému Little LEO Big LEO Briadband (širokopásmový) LEO
Příklad Orbcomm, VITA Iridium, GlobalStart, ICO Teledesic
Pozemní ekvivalent Paging Buňková mobilní komunikace Optická vlákna
Frekvence do 1 GHz 1-3 GHz 20/30 GHz

Výhodou umístění systému na GEO je potřeba malého množství satelitů nutných k pokrytí povrchu Země. Například Inmarsat ve výšce 35 786km vystačí jen s čtyřmi aktivními satelity a přitom pokrývá celý povrch s výjimkou pólů. Značnou nevýhodou tohoto umístění je ale doba zpoždění signálu na cestě prostorem (odborně latence signálu), která dosahuje přibližně 0,24s.

Toto zpoždění je nepříjemné jestliže někomu telefonujete (začínáte ho vnímat přibližně od 100ms) , maximálně si skáčete do řeči. Co je ale nepříjemné pro telefonování, je nepřijatelné pro aplikace v reálném čase, jako jsou třeba videokonference a jiné standardní protokoly, zvláště protokoly nutné k fungování Internetu u kterých je zpožděním omezena rychlost přenosu. Uvedu jeden příklad za všechny, protože zpoždění signálu nepříznivě ovlivňuje Internetové protokoly více způsoby :

Protokol TCP používá dva hlavní kontrolní mechanismy jak omezit přetížení sítě. Jedním tzv. pomalý start (slow start), druhým zamezení přetížení (congestion avoidance). V praxi to znamená, že každé Internetové spojení (třeba posílání dopisů nebo prohlížení stránek ) začíná s nejmenší šířkou pásma a ta se, pokud je to možné, postupně až do určité hodnoty zvyšuje, čímž se spojení urychluje. Potíž je v tom, že každý takový urychlovací cyklus vyžaduje komunikaci mezi oběma stranami a jestliže jste připojeni přes satelit na GEO, může se stát, že za celou dobu spojení se na maximální možnou rychlost ani nedostanete.

Naopak výška LEO se pohybuje od 700 do 2000 km a z toho tedy vyplívá velká přednost a tím je krátká doba zpoždění signálu. Ta je při umístění satelitů ve výšce 2000 km přibližně 0,0133s a pro velkou většinu aplikací je dostačující. Na druhou stranu nepříjemným faktem je, že pro kvalitní pokrytí celé planety je nutný větší počet satelitů, ale o tom dále.

satelit sítě Teledesic
obrázek 2 - satelit sítě Teledesic

TELEDESIC

Jak už někteří z vás vědí, společnost Teledesic buduje na globální širokopásmovou komunikační síť, která se svou kvalitou vyrovná optickým sítím. Teledesic svoji síť pojmenoval a patentoval jako Internet-in-the-Sky. Je tedy zřejmé, že středem zájmu Teledesicu nebudou jen hlasové a jiné nízkorychlostní služby typu e-mail nebo fax, ale že se soustředí na širokopásmové datové služby.

Časový harmonogram byl a je následující :

  • 1990 - v červnu je založena společnost s názvem Calling Communications, zakladatel je Craig McCaw průkopník o oblasti mobilních telekomunikací a šéf McCaw Cellular. Vzniká tým inženýrů zabývajících se výzkumem a vývojem satelitního projektu.
  • 1994 - v březnu se Craig McCaw stává předsedou společnosti, společnost se přejmenovává na Teledesic. Craig McCaw a Bill Gates (ne Microsoft) do společnosti investují a stávají se hlavními akcionáři. Dokončuje se počáteční návrh systému a je podána žádost na FCC (Federal Communications Commission) o přidělení licencí.
  • 1995 - významnou událostí pro Teledesic je vymezení 500MHz spektra pro vzestupný a sestupný směr pro použití v systémech typu Teledesic, stalo se tak na Světové radiokomunikační konferenci (WRC) v Ženevě
  • 1996 - FCC přijímá "frekvenční plán" navržený na konferenci v roce 1995 .
  • 1997 - v březnu FCC uděluje společnosti Teledesic licenci na provozování sítě. Teledesic se stává alespoň papírově světově první satelitní komunikační sítí, která umožní širokopásmový přístup k telekomunikačním službám s celosvětovým pokrytím.
  • 1997 - v srpnu společnost Boeing oznamuje, že do sítě Teledesic investuje 100 000 000 $.
  • 1997 - v listopadu se Teledesic zbavuje největších překážek, když na WRC je dokončeno přidělení mezinárodního kmitočtového spektra pro systémy NGSO FSS (non-geostationary fixed satellite services)
  • 1998 - v srpnu investuje do společnosti 200 000 000 $ Saudskoarabský princ Alwaleed Bin Talal Bin AbdulAziz Alsaud. Jako důvody uvádí jeho zprostředkovatel, že se jedná o "nepřekonatelný business plan" a že je zde potenciál udělat svět lepším J
  • 1998Teledesic a Motorola se stávají partnery v dalším vývoji satelitní sítě. Motorola se stává hlavním dodavatelem pro Teledesic a přispěje částkou v hotovosti ve výši 750 000 000 $
  • 1998 - v září Teledesic otevírá první kanceláře v Evropě a to v Bruselu a Madridu
  • 1999 - v červeneci Teledesic oznamuje podepsání kontraktu na vypuštění družic se společností Lockheed Martin a podepsání smlouvy s Motorolou na vybudování širokopásmové satelitní sítě Teledesic Internet-in-the Sky
  • 2004 - plánované spuštění sítě (už nejméně 2x posunuto)

současný návrh sítě Teledesic
obrázek 3 -současný návrh

Teledesic je soukromá společnost, zatím o 125 zaměstnancích a sídlící v Seattlu ve státě Washington (pro zájemce o zaměstnání u Teledesicu uvádím, že další kanceláře jsou i v Evropě, viz výše) Náklady na celý projekt jsou odhadovány na více než 9 miliard $.

Tolik tedy k základním údajům o projektu a dále se ve stručnosti podíváme na základní technické parametry. Teledesic buduje na obloze vysokokapacitní širokopásmovou síť s téměř 100 procentním pokrytím osídlených oblastí a 95 procentním pokrytím pevniny, to vše s kvalitou srovnatelnou s pozemními optickými sítěmi (např. chybovost BER menší než 10 na -10 a krátkým zpožděním)

Satelity jsou umístěny na nízké oběžné dráze - LEO ve výšce 1375 km, to je tedy zhruba 26 x blíže zemi než Inmarsat a 1,75 krát výše než Iridium. Původní návrh byl 840 aktivních satelitů (40 satelitů ve 21 rovinách) plus 84 záložních, celkem tedy 924. Následně byl počet snížen na 288 aktivních plus několik záložních, ale ani tento počet není zřejmě konečný protože došlo v roce 1998 sloučení s jiným projektem, který se nazývá Celestri (Motorola). Zatím se tedy budeme držet počtu 288.

Satelity budou kroužit kolem Země ve 12 rovinách, v každé bude 24 satelitů. Aby bylo frekvenční spektrum využíváno efektivně, budou kmitočty přidělovány dynamicky a používány vícekrát v oblasti pokrytí satelitem. Uvnitř kruhové oblasti o poloměru 100 km bude síť schopna obsloužit datový tok 500Mb/s v obou směrech. Síť Teledesic bude podporovat tzv. šířku pásma na vyžádání (bandwidth-on-demand), což v praxi znamená, že koncový uživatel zadá síti svůj požadavek na rychlost přenosu a je-li to možné, je mu tato rychlost umožněna. To je výhodné jak pro uživatele, který zaplatí jen za kapacitu sítě, kterou aktuálně využívá, tak i pro samotnou síť, která díky tomu může obsloužit více uživatelů.

kříení drah satelitů nad severním pólem
obrázek 4 - křížení drah satelitů nad severním pólem

Nejnižší frekvenční pásmo, které splňuje požadavky kladené na služby Teledesicu tzn. hodí se k přenosu velkých objemů dat, je Ka - pásmo (18-31GHz), pro "uplink" jsou vyhrazeny kmitočty mezi 28,6 GHz a 29,1 GHz, pro "downlik" od 18,8 GHz do 19,3 GHz. Výhodou tohoto pásma je i jeho i malá obsazenost jinými systémy, nevýhodou je naopak větší pohlcování elmag. vln okolním prostředím, jejich útlum způsobuje i déšť nebo mlha, což si vyžaduje zvětšení výkonu vysílačů. S tím souvisí i potřeba přímé viditelnosti, protože vlastnosti šíření elmag. vlny takovýchto vlnových délek (přibližně 1 cm) se už blíží vlastnostem světla a za překážkami tvoří ostré stíny.

Na rozdíl od systému umístněných na GEO, které kvůli vysokým dobám zpoždění signálu vyžadují změny směrem k pozemním síťovým standardům a protokolům, Teledisic těmto standardům a protokolům ve velké většině vyhovuje a je navržen tak aby byl kompatibilní s aplikacemi na nich založených. To klade na systém vysoké požadavky týkající se hlavně bitové chybovosti, zpoždění signálu a potřebné kapacity.

Síť se skládá z:

  • pozemního segmentu kam patří terminály, pozemní stanice, síťová rozhraní a síťové řídící a kontrolní systémy
  • kosmického segmentu což je samotná soustava satelitů zprostředkovávající komunikaci mezi terminály

základní uspořádání sítě Teledesic
obrázek 5 - základní uspořádání

Teledesic je navržen tak, aby jej mohlo být současně připojeno několik milionů uživatelů. Terminály komunikují ze satelity přímo a podporují více datových rychlostí a ty jsou opravdu řádné, většina uživatelů bude mít k dispozici směrem k němu až 64Mb/s a směrem od uživatele až 2Mb/s. Širokopásmové terminály pak umožní 64Mb/s v obou směrech. (což je přibližně 2000x více než dnešní analogové modemy 33,6 Kb/s). "Éter" kolem nás tedy dostane pořádně zabrat :)

Díky tomu bude rychlý přístup na Internet, propojení LAN nebo multimediální komunikace běžným jevem , který je u satelitních systémů zatím nevídaný.

Návrháři mysleli na důležitou vlastnost sítě a tím je její flexibilita ve vztahu k novým aplikacím a protokolům a tak by jí v budoucnosti hned tak něco nemělo zaskočit.

Síť pracuje na principu rychlého přepínání paketů (informace je rozdělena na pakety pevné délky) Každý paket obsahuje záhlaví, které je zabezpečeno aby se paket někam nezatoulal a datové pole obsahující zakódovaná data.

Topologie sítě se nazývá dynamická (většina sítí na LEO má dynamickou topologii), protože síť se musí plynule přizpůsobovat různým okolnostem (zejména zatížení, nebo výpadkům jednotlivých satelitů) tak aby bylo dosaženo optimálního spojení mezi terminály. Teledesic používá kombinaci cílového adresování paketů a adaptivního paketového směrovacího algoritmu. Každý paket nese adresu cílového terminálu a v každém uzlu sítě, kterým paket prochází, dochází k nezávislému výběru (na předchozím) nejrychlejší cesty, takže pakety jednoho spojení se mohou k cíli dostat po různých cestách. Na konci jsou pakety nastřádány a poskládány v pořadí v jakém byly vyslány (tak to vlastně chodí i v pozemních paketových sítích J)

směrování paketů mezi satelity
        (Teledesic's Distributed Adaptive
        Routing Algorithm)
obrázek 6 - směrování paketů mezi satelity (Teledesic's Distributed Adaptive Routing Algorithm)

Každý satelit je zároveň uzlem v paketové síti. K tomu aby měl uzel přehled jak vypadá provoz v jiných částech sítě, komunikuje s dalšími satelity které se nacházejí na stejné a sousední orbitě, a síť je tak schopna do určité míry předcházet lokálním přetížením. Satelity spolu komunikují pakety o délce 512 bitů, každý mezisatelitní spoj má kapacitu 155.52 Mb/s a samotný satelit má kapacitu 100 000 základních 16 kb/s kanálů.

Zemský povrch je promítnut do pevné mřížky přibližně 2000 superbuňek (tzv. supercells) a každá z nich je rozdělena 9 buňek. Superbuňka má tvar čtverce o délce strany 160 km. Pokrytí signálem z jednoho satelitu (tzv. footprint) obsahuje maximálně 64 superbuňek (64 "svazků" kmitočtů) nebo 576 buněk. Přidělování frekvencí a timeslotů v rámci jedné buňky je řízeno satelitem, mobilní terminál pak udržuje v paměti stejný kanál po dobu spojení bez ohledu na to který a kolik satelitů obsluhuje terminál během celého spojení, odebrání a změna kanálu jsou spíše vyjímečné (zde přesně nevím, zřejmě satelit má údaje o kanálech účastníků komunikující se vedlejšími satelity a proto přidělí kanál který je v okolí volný). Každý satelit obsahuje také databázi, která určuje typ služeb v oblasti každé pozemní buňky.

Teledesic - pokrytí signálem  původní návrh ( tzv. footprints )
obrázek 7 - pokrytí signálem - původní návrh ( tzv. footprints )

Mnohonásobný přístup do sítě je pro vzestupný směr realizován pomocí metody označované zkratkou MF-TDMA (Multi-Frequency Time Division Multiple Access) pro sestupný směr pak pomocí ATDMA (Asynchronous Time Division Multiplexing Access)

Teledesic navrhuje více druhů terminálů, od nejnižších bitových rychlostí - 16kb/s (plus 2 kb/s pro signalizaci) až po 2 Mb/s (128 základních kanálů o rychlosti 16 kb/s).

Průměry antén těchto terminálů se mají pohybovat mezi 8 cm a 1,8 m, v závislosti na výstupním výkonu terminálů, rychlosti přenosu, podnebí atd. Výstupní výkon bude mezi 0,01 W a 4,7 W.

Velikostí budou terminály podobné laptopům, zatím se spíše uvažuje o pevných nebo přenosných terminálech, na řešení mobilních přístrojů se pracuje.

Jak už víte, spuštění je naplánováíno na rok 2004, ale už 25. února 1998 byl vypuštěn první experimentální satelit, který vynesla raketa Pegasus. Satelit ale nemá být částí budoucí sítě, nachází se v jiné výšce a jeho návrh se také liší, ale ledy už se pohnuly J

Shrneme-li si základní údaje o systému Teledesic do tabulky, bude následující :

(Teledesic prošel změnami v návrhu, jejichž detaily nebyly zveřejněny, proto se v tabulkách vyskytují údaje pro původní návrh s 840 satelity) tam kde jsou známy i hodnoty pro systém s 288 satelity jsou uvedeny v závorce. Vypadá, že většina hodnot z první tabulky se od současného návrhu neliší....

Služby a náklady

Typ služeb hlas, data, fax, paging, video
Rychlost hlasových přenosů 16 kb/s (základní kanál)
Rychlost datových přenosů 16 - 2048 Kb/s (vyšší rychlosti pro některé pevné terminály)
Modulace Zatím neurčena
Počet hlasových hovorů na 1 satelit 100 000 16kb/s kanálů
Dual-mode terminal Ne
Ruční terminál Ne, jen přenosný
Náklady na systém 9 000 000 000 $
Předpokládaná životnost satelitu 10 let
Odhad ceny hovoru (z roku 1996) 0,04 $ (za 16 kb/s)
Licence od FCC Ano
Termín spuštění 2004 (už dvakrát posunut)

Oběžné dráhy a geometrie

Zde jsou známy většinou jen hodnoty pro variantu s 840 satelity,

Oběžná dráha LEO)
Výška (km) 695-705 (1375 km)
Počet satelitů 840 + 84 záložních (288 + x záložních)
Počet rovin 21 (12)
Inklinace (°) 98,16
Doba oběhu (minuty) 98,8
Viditelnost satelitu (minuty) 3,5
Minimální elevační úhel mobil. terminálu 40 ° (40°)
Minimální zpoždění signálu (Země -satelit) 2,318 ms (4,586 ms)
Max. zpoždění signálu (Země -satelit) 3,40 ms
Minimální elevační úhel pozemní stanice 40 °
Počet pozemních stanic zatím neznámý
Pokrytí téměř 100% (mimo póĺů)
Další údaje lze nalézt na této adrese.

Jak již bylo řečeno Teledesic je navržen tak, aby splňoval nároky kladené na optické sítě. V praxi to znamená, že aplikace a protokoly používané v optických sítích budou moci bez velkých změn fungovat i v této satelitní síti. Můžeme tedy bez nadsázky říci, že se jedná jakési rozšíření pozemních sítí (Inetrnetu) do vesmíru odkud vlastně pochází i název Internet-in-the-Sky.

Autor:




Nejčtenější

Vedoucímu hotelové služby explodoval v kapse košile Samsung Galaxy Grand Duos.
V kapse košile ucítil teplo, krátce poté jeho samsung explodoval

Nepříjemné chvilky zažil o poslední zářijové sobotě 47letý hotelový provozní Yulianto, v náprsní kapse jeho košile mu totiž explodoval telefon Samsung Galaxy...  celý článek

Honor 6A
Nenápadný premiant nižší třídy. Vyzkoušeli jsme Honor 6A

Nejlevnější model v nabídce značky Honor je dobrým příkladem toho, jak se mají dělat levné smartphony. Soustředí se na baterii, kvalitu displeje a na systém,...  celý článek

iPhone X
Je to konec mýtické čtečky v displeji? Výrobci sázejí na obličej

Čtečka otisků integrovaná do displeje měla být jednou z hlavních letošních inovací na poli smartphonů. Technologie je ovšem natolik složitá, že výrobci od...  celý článek

Navigace testuje majáky v pražskému tunelu
V tunelu se už neztratíte. Pomáhají majáky za 610 korun

Populární navigační aplikace Waze se v Praze možná dočká příjemného vylepšení. V tunelu, kde není dostupný signál z navigačních satelitů GPS, se bude...  celý článek

Nové ovládací centrum umožňuje přidávat další funkce.
Nový Android má extrémně málo smartphonů. U Applu je to úplně jinak

Díky tomu, že Apple si sám vyvíjí software i hardware, je aktualizace iPhonů a iPadů velmi snadná. Naopak Android má roztříštěnou základnu přístrojů od tisíců...  celý článek

Další z rubriky

Google koupil Apple za 9 miliard dolarů?
Svět se nestačil divit. Google koupil Apple, psaly burzovní zprávy

O menší šok na burze se postaral známý akciový index světa, Dow Jones. Omylem totiž vydal falešnou zprávu, že firma Google koupila za směšných 9 miliard dolarů...  celý článek

Fidget spinner mobil pořídíte za asi 350 korun.
Hit letošního roku už můžete mít i jako mobil. Stojí několik stovek

Hračka původně určená k relaxaci, fidget spinner, je hitem letošního roku. Její slávy využil výrobce z Hongkongu, který do ní vtěsnal celý funkční mobil....  celý článek

Nové ovládací centrum umožňuje přidávat další funkce.
Nový Android má extrémně málo smartphonů. U Applu je to úplně jinak

Díky tomu, že Apple si sám vyvíjí software i hardware, je aktualizace iPhonů a iPadů velmi snadná. Naopak Android má roztříštěnou základnu přístrojů od tisíců...  celý článek

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.