Космическая связь

Выход в Интернет с использованием космической связи, будучи одним из самых гибких способов подключения, в то же время относится  к числу наиболее сложных. Гибкость заключается не только в том, что  состояние коммуникационной инфраструктуры региона здесь не играет роли, но и в том, что выбор провайдера не ограничен пределами города, государства  и даже материка. 
 
Так что, в отличие от других видов связи, про которые часто можно слышать «а вот у них там это на порядок дешевле», вам никто не мешает напрямую работать с иностранными провайдерами. Впрочем, можно и не напрямую — через их российского представителя, если не хотите связываться с электронными платежами и банковскими переводами. Обратной стороной медали является сложность организации такого канала связи, что выливается в серьезные затраты и хлопоты по обеспечению стабильности его работы. 
 
Обитаемые космические станции и спутники ближней космической связи движутся по околоземным орбитам на высоте нескольких сотен километров. Это возможно только при высоких скоростях, а значит, с точки зрения наземного наблюдателя, космические аппараты перемещаются по небесному своду в 15 раз быстрее, чем планета вращается вокруг своей оси. Поэтому таким системам требуется целая команда спутников, чтобы бесперебойно предоставлять ту или иную услугу в некоторой точке земной поверхности. Хуже того, при разумной численности этой команды (десяток-другой аппаратов) невозможно передавать и принимать сигнал с максимальной эффективностью, если только не задействовать сложные и дорогостоящие системы наведения антенны. 
 
Чтобы спутник казался нам неподвижным, он должен находиться на геостационарной орбите, которая проходит в экваториальной плоскости на удалении 42 164 км от центра Земли (35 768 км над уровнем моря). Нетрудно прикинуть, что даже в чистом вакууме сигнал до столь удаленного объекта дошел бы ослабленным в 1017 раз и не ранее чем через 0,12 с. В реальных условиях из-за наличия в атмосфере воздуха и влияния погодных явлений затухание сигнала еще сильнее (что компенсируется высоким коэффициентом усиления узконаправленных передающих и приемных антенн), а суммарное время его прохождения и обработки не очень вписывается в понятие комфортного телефонного разговора или видеоконференции независимо от местонахождения собеседника. Во время дождя или снегопада связь может вообще прекратиться. Поэтому спутниковые коммуникации хорошо подходят для веб-серфинга, загрузки файлов, просмотра фильмов и телепрограмм, но плохо поддерживают работу в режиме реального времени, в том числе и игры по Сети.Советую посетить: 
Личная автосигнализация gsm для водителя.. tv антенны установка триколор тв  
 
 
Современный уровень технического развития позволяет сделать спутниковый Интернет доступным, но не дешевым удовольствием. Для работы со столь слабыми сигналами, если нужна достаточно высокая скорость передачи данных, требуются дорогие компоненты — здесь не обойтись сетевой карточкой за 100 руб. Также необходимо разрешение на установку оборудования и использование эфира. Поэтому вместо полноценного двустороннего канала часто организуется односторонний, когда абонент только получает данные через спутник, а обратный поток информации проходит по обычным каналам, например через модем. Первый вид подключения сокращенно называется RCS («обратный канал через спутник»), а второй — IP («обратный канал через наземный Интернет»). 
 
Существует несколько несовместимых между собой систем передачи данных. Мы не будем рассматривать те из них, которые специфичны для отдельных провайдеров. Остановимся на более популярной системе DVB («широковещательная передача цифрового видео»), позволяющей принимать и данные, и телеканалы на одном комплекте оборудования. Помимо интересующей нас спутниковой версии (DVB-S) существуют аналогичные технологии для кабельных сетей (DVB-C) и обычного наземного телевидения (DVB-T, DVB-H). 
DVB-IP 
 
Довольно подробно эта технология описана в статье «Спутниковый Интернет» (см. полную версию на «Мир ПК-диске», №12/04). Не претендуя на открытие новых секретов, рассмотрим ее ключевые особенности. 
 
Итак, основным недостатком одностороннего доступа через спутник является то, что для него требуется дополнительный выход в Интернет. Чаще всего для этих целей используется обычное модемное подключение по телефонной сети, но требования к нему предъявляются не такие, как если бы это был основной канал доступа. Поскольку соотношение принимаемых и передаваемых данных для большинства пользователей очень асимметрично (10:1 и выше), для приема на высоких скоростях может оказаться достаточно обратного канала начиная от 1200 бит/с. Иными словами, гоняться за высокой скоростью модема особого смысла нет; основным критерием здесь является устойчивость связи и низкие цены. В идеале нужен тариф без ограничений по времени или с оплатой трафика, так как трафик в обратном канале будет небольшим. Оптимальным вариантом является GPRS из сотовой телефонии, но не все спутниковые операторы его поддерживают. 
 
Вторичный провайдер может находиться где угодно, т.е. даже если спутниковый оператор дислоцируется на туманном Альбионе, устанавливать модемное соединение надо с провайдером в вашем городе. Главное, чтобы брандмауэр провайдера не ограничивал ваши возможности. Дело в том, что на практике, как правило, вы будете работать с Интернетом не напрямую, а либо через прокси-сервер спутникового оператора, либо создавая между ним и вами зашифрованный туннель (VPN). Не всякий прокси-сервер позволяет использовать протоколы, отличные от HTTP и FTP, к тому же весь трафик через него идет в открытом виде. Но и VPN имеет свои минусы, в частности снижение пропускной способности, так что в зависимости от задач может быть предпочтительнее то один, то другой метод. Поэтому если модемный провайдер обязывает своих клиентов использовать собственный прокси-сервер или фильтрует сетевые потоки (часто прикрываясь заботой о безопасности), вам с ним не по пути. 
 
Как театр начинается с вешалки, так прием сигнала начинается с антенны. Типичные размеры тарелки (отражателя) — 60, 90 и 120 см в диаметре для установки на балконе и до 300 см для установки на крыше; увеличение линейного габарита в полтора раза означает вдвое бо/льшую площадь и мощность сигнала. Операторы связи часто так и рисуют свои карты покрытия с шагом изолиний 3 дБ (двукратная разница): внутренняя область соответствует району с устойчивым приемом самой маленькой антенной, затем антенной побольше и т.д. По возможности лучше покупать 120-см тарелку (коэффициент усиления 42 дБи), даже если для выбранного провайдера достаточно меньшей антенны, — тогда при необходимости сменить провайдера выбор будет шире. С другой стороны, чем меньше размер, тем удобнее и дешевле: 60-см тарелки стоят 25—40 долл., а 120-см дешевле 70 долл. еще поискать надо. Обычно зеркала стальные; конструкции из алюминия или стекловолокна меньше весят, но стоят дороже. Для снижения эффекта парусности зеркала часто делают не сплошными, а в виде мелкой сетки с шагом много менее длины волны, поэтому для радиосигналов такие тарелки непрозрачны. 
Антенны характеризуются собственной температурой шума — температурой гипотетического резистора, создающего на входе идеального приемника шум такой же спектральной плотности (почти как цветовая температура у мониторов). Чем выше это значение, тем сильнее помехи, создаваемые принятому сигналу самой антенной. 
 
Дополнительным узлом антенной системы является механизм автоматического сопровождения спутника. Как уже говорилось выше, геостационарные объекты должны выглядеть неподвижными, но спутнику для поддержания такой орбиты требуется постоянно корректировать ее наклон от экватора, меняющийся под действием сил притяжения Солнца и Луны. Чтобы продлить срок службы дорогостоящего космического аппарата, перед полным исчерпанием топлива ему отключают системы коррекции. На геосинхронной орбите спутник по-прежнему неподвижен в азимутальной плоскости, но начинает отклоняться то на север, то на юг. Если ваша антенна будет и дальше смотреть на экватор, узость ее диаграммы направленности станет причиной ослабления или окончательной потери сигнала — здесь-то и потребуется автоматическое сопровождение. При использовании только стационарных систем достаточно ручной настройки с помощью рычажного актуатора. Исходя из того, что наша часть суши находится в северном полушарии, направлять тарелку надо на юг. Если окна смотрят в другую сторону или обзор закрывают высокие строения, антенну необходимо устанавливать на крыше, для чего требуется разрешение собственника здания и дополнительная плата монтажникам. 
 
Разумеется, компоненты антенной системы рассчитаны на широкий диапазон температур. Но если на рабочих поверхностях зимой будут расти сосульки, на качестве приема это скажется не лучшим образом. Поэтому система обогрева — не самая экзотическая опция в северных широтах. Для особо сложных случаев, при установке антенны в прибрежных и промышленных районах с высоким уровнем содержания в воздухе соли и загрязняющих веществ, предусмотрены прозрачные для радиоволн колпаки — вы наверняка видели много таких «белых шариков» на крышах офисных зданий. 
Все приемные устройства ориентированы на определенный диапазон частот: чаще всего 10—13 ГГц (Ku-диапазон в терминологии IEEE), но бывает и 3,7—5,8 ГГц (C-диапазон), и 18—20 ГГц (Ka-диапазон). Помимо тарелки для используемых провайдером частот должна быть подобрана собственно антенна — моноблочный преобразователь сигнала вместе с облучателем, располагаемым в фокусе отражателя. Конвертер, для краткости называемый LNB (а также LNC или LNBC — «малошумящий блочный преобразователь»), усиливает сигнал на 55—60 дБ и смещает его на промежуточную частоту 0,95—2,15 ГГц, потому что при прохождении по кабелю ослабление тем меньше, чем ниже частота. В спецификациях часто упоминаются числа вроде 9,75 и 10,6 ГГц — это частота колебательного контура гетеродина, на величину которой сдвигается сигнал из поддиапазонов 10,7—11,7 и 11,7—12,75 ГГц соответственно. Выпускается несколько типов преобразователей: аналоговые, двойные и т.п.; скорее всего вам потребуется универсальный цифровой с одним выходом (10—20 долл.) — уточните это у своего провайдера. Универсальные преобразователи могут принимать сигнал разной поляризации, меняя режим по команде от компьютера. Сигнальный протокол DiSEqC позволяет переключаться между несколькими преобразователями, а в версии 2.0 и выше — также управлять ротором антенны (если вы не пожалели на него 50—70 долл.) для наведения на другие спутники. 
 
Еще одна важная особенность при выборе пары антенна—преобразователь состоит в том, что для эффективной работы на облучатель преобразователя должен отражаться сигнал со всей поверхности антенны. Если облучатель охватывает меньшую площадь, происходит ослабление сигнала, если бо/льшую — вместе с полезным сигналом улавливаются посторонние шумы позади антенны. Поэтому каждый облучатель рассчитан на свой формфактор: те, что в моноблочных универсальных преобразователях, спроектированы для офсетных зеркал (параболической формы со смещенным фокусом), у которых соотношение фокусного расстояния и горизонтального размера равно 0,5 или 0,575. Среди тарелок диаметром 180 см и более встречаются прямофокусные (сферической формы) с формфактором 0,4 — им нужны другие облучатели. Смещение фокуса особенно важно для антенн небольших размеров, поскольку позволяет убрать облучатель с пути основного луча диаграммы направленности; с увеличением габаритов тарелки влияние «тени» от облучателя сокращается. 
 
Конечной точкой маршрута принятого и преобразованного сигнала является компьютерный адаптер, называемый ресивером или сатмодемом (от англ. satellite — спутник). Это может быть и обычная плата расширения PCI, и внешний приемник с подключением через USB, и даже специализированный маршрутизатор. Часто в такие устройства встраивается декодер MPEG-2 для аппаратной поддержки цифрового телевидения. Владельцам современных компьютеров необязательно переплачивать за этот акселератор, а можно довольствоваться выбором устройств в пределах 80—130 долл., если только вы не собираетесь смотреть HDTV-каналы. На чем экономить не стоит, так это на коаксиальном кабеле, пытаясь пристроить для приема высокочастотных сигналов дешевую «лапшу». Также не надо спешить: любые манипуляции с оборудованием, включая подсоединение кабеля, следует проводить только при полностью обесточенном компьютере. Чтобы не обременять своих клиентов всеми перечисленными техническими подробностями, провайдеры обычно предлагают готовые комплекты аппаратуры и монтаж «под ключ». Даже если это и дороже, чем можно собрать самостоятельно, иногда лучше немного переплатить за специально подобранный и установленный комплект, чем купить не то и подключить задом наперед. Главное, чтобы предлагаемое оборудование было достаточно универсальным и позволяло при необходимости перейти к другому провайдеру. 
 
Теперь ненадолго перенесемся на спутник, чтобы посмотреть, как рождается тот сигнал, который мы собираемся принимать. На космическом аппарате может быть закреплен десяток антенн, каждая из которых направлена на свой участок Земли; к антеннам подключено по нескольку передатчиков, и все работают на своей собственной частоте. Поэтому вам необходимо знать не только азимутальную координату спутника, но и несущую частоту сигнала и его полярность: например, 45,5° в.д., 11 149,25 МГц, вертикальная полярность. После приблизительного наведения антенны необходимо выполнить более точное с помощью индикатора уровня сигнала в программе настройки. 
 
Также в настройках может потребоваться указание символьной скорости. Популярные приемники поддерживают до 45 млн. символов в секунду, но обычно используют 10—30 млн., ведь чем меньше скорость, тем меньше ширина спектра сигнала, а значит, при той же мощности передатчика в каждом интервале частот удельная мощность сигнала будет выше. Благодаря четырехпозиционной фазовой манипуляции в каждом символе кодируется 2 бита, так что если символьная скорость составляет, скажем, 27,5 млн. символов в секунду, канальная скорость составит 55 Мбит/с, но избыточные коды для защиты от ошибок снизят полезную пропускную способность до 37,8 Мбит/с (в общем случае эффективность 46—80%). Этот скоростной потенциал делится между всеми активными пользователями, как в случае беспроводной сети Wi-Fi, а также между дополнительными услугами вроде телевизионных и радиопрограмм. Поэтому нижний гарантированный предел скорости, как правило, провайдером не оговаривается — только верхний: например, до 512 кбит/с по такому-то тарифу, что на практике может означать снижение реальной скорости в часы пик в несколько раз. Некоторые операторы с помегабайтовой оплатой трафика могут применять повышенные тарифы для периодов максимальной загруженности; другой распространенной мерой является ограничение числа одновременных соединений. 
 
Особое место в вопросах использования спутникового подключения занимает офлайновая доставка файлов, т.е. без участия наземного обратного канала. В обычных интернет-сетях это невозможно, потому что передача с помощью протоколов TCP/IP требует, чтобы клиент уведомлял сервер об успешном приеме очередной порции данных (более того, без оптимизации системных настроек TCP часто не удается достичь максимальной скорости обмена информацией). Если бы вы вознамерились переписать очередное обновление вашей любимой игры на пару сотен мегабайт, вам пришлось бы все это время оставаться на телефонной линии и оплачивать модемное соединение, хотя никакой полезной информации, казалось бы, вы не передаете. Космическая связь позволяет принимать данные в пассивном режиме, устраняя ошибки передачи за счет избыточного кодирования: при высоком уровне сигнала вероятность возникновения ошибки может достигать 10-11, т.е. один бит на сто гигабайт. Процедура офлайновой загрузки выглядит примерно так: находясь в онлайне, вы «скармливаете» ссылку на нужный файл специальному серверу (имеется не у каждого провайдера), тот копирует его, ставит в очередь и сообщает вам точное время трансляции заказа, вы уходите в офлайн, оставляя компьютер включенным, и в нужное время автоматически начнется прием. Скорость будет выше, чем при обычном серфинге (например, 2 Мбит/с), и целиком окажется вашей — как раз для этого и нужна очередь заказов. Кому-то подобная система покажется неудобной, но провайдер может стимулировать ее использование введением дополнительного лимита трафика в добавление к общецелевому лимиту. 
 
Широковещательная природа радиосвязи имеет следствием то, что все принимаемые через спутник данные доступны любому владельцу тарелки, даже если он за несколько тысяч километров от вас: оборудование каждого пользователя получает полностью весь поток данных, а потом просто отфильтровывает то, что предназначается для вашего компьютера, но фильтрацию можно выключить. Посещение электронных магазинов обычно надежно защищается, весь же остальной трафик передается в открытом виде, что в некоторых случаях может привести к перехвату вашей почты, ICQ или пароля для доступа к сайту. Поэтому имеет смысл работать не через прокси-сервер, а через туннель VPN. Однако чем более стойкое шифрование используется, тем ниже полезная нагрузка, и если не хотите терять треть пропускной способности, обычное чтение сайтов и копирование файлов лучше вести через прокси-сервер. Ничего страшного в публичной доступности подобного трафика нет. Даже наоборот: вместо того чтобы забивать общий канал загрузкой одной и той же новомодной песенки каждым пользователем в отдельности, вполне логично копировать то, что загружают себе другие (особенно если не нарушаются авторские права). Причем копированием можно заниматься, не являясь клиентом того или иного провайдера, — достаточно настроиться на спутник и запустить программу автоматического перехвата, позволяющую сохранять на своем диске файлы нужных типов, например MP3 или zip. Сравнительный обзор двух таких программ, SkyNet и ProgDVB, вы можете прочесть в упомянутой выше статье Александра Кузьменкова. 
 
Если только провайдер не новичок в своем деле, особых проблем с получением услуги доступа в Интернет у вас не возникнет, но поинтересуйтесь, что вы получаете за свои деньги помимо этого? Например, бесплатные телеканалы, доступ к библиотеке фильмов и музыки, режим офлайнового копирования и отдельный лимит трафика для него, офлайновое оповещение о новых сообщениях в почтовом ящике. 
 
 
DVB-RCS 
 
Двусторонний доступ через спутник является единственным вариантом при отсутствии наземных коммуникаций или неудовлетворительном их состоянии — в тайге, в горной местности, на буровой платформе в море, в качестве передвижного пункта связи, а также при повышенной вероятности хищения проложенного кабеля. Для остальных сфер потребления он считается малопригодным в силу высоких тарифов и низких скоростей. Возможно, этот тезис когда-то и был абсолютной правдой, но сейчас понемногу теряет актуальность. Сравним: односторонний доступ, если не считать затрат на обратный канал, по стоимости аналогичен домашнему подключению через ADSL — например, 25 долл. за достаточный для большинства объем трафика (0,5—1 Гбайт) на скорости до 512 кбит/с. Для двустороннего доступа можно провести аналогию с тарифами на тот же ADSL для организаций: при скорости 2 Мбит/с на загрузку и 512 кбит/с на отправку абонентская плата составит, скажем, от 70 долл. за 500 Мбайт включенного трафика до 300 долл. за 4 Гбайт. Конечно, это дороже, чем ADSL, но все-таки не настолько, чтобы игнорировать данный способ выхода в Сеть. 
 
Так что не ежемесячные затраты являются тормозом в распространении DVB-RCS. Проблема заключается в относительно высокой стоимости оборудования и его установки, а также в обязательном лицензировании передающих устройств. Рассмотрим типичный пакет единовременных расходов. 
Оборудование (терминал, кабели) с креплениями для установки на стену здания - от 3000 долл. за тарелку 120 см. 
Установка - от 1000 до 5000 долл. в зависимости от размера антенны.  
Получение всех необходимых разрешений (легализация) - от 2000 до 5000 долл. в зависимости от мощности передатчика. Частотное присвоение может занять несколько месяцев и действительно для строго определенного места установки антенны и конкретного ствола космического аппарата (случись что со спутником, потребуется переоформление). Установка передатчика вблизи аэропортов и других подобных объектов влечет дополнительные расходы. 
 
Если эти условия не повергли вас в уныние, продолжайте читать дальше. 
 
Сейчас среди антенн преобладают системы VSAT — Very Small Aperture Terminal, «антенна с очень малым раскрывом». Здесь под «очень малым» понимается размер зеркал с диаметром 120—300 см, что действительно немного в сравнении с 10- или даже 70-метровыми гигантами. (Существуют также тарелки Ultra Small Aperture Terminal (USAT) с диаметром 50—75 см, но в списках рекомендуемого провайдерами оборудования они не встретились.) Чем больше размер отражателя, тем важнее коэффициент использования поверхности: практически он не может превышать 0,75, поэтому, например, у 240-см зеркала будет вхолостую расходоваться более 1 м? площади. 
 
Функцию, обратную той, что осуществляется приемным усилителем-преобразователем LNB, при передаче выполняет BUC — Block Up-Converter; некоторым его моделям требуется внешний генератор эталонной частоты 10 МГц. Сатмодем для двусторонней связи иногда называется астромодемом и может быть выполнен как в виде единого устройства, так и с разделением приемника и передатчика. Приемник здесь точно такой же, как для односторонней связи, и обладает теми же скоростными характеристиками. Пропускная способность обратного канала может варьироваться от 9,6 до 3850 кбит/с и обычно в разы ниже скорости загрузки. Оба значения в большинстве тарифных планов имеют только верхний порог; если необходим гарантированный минимум, это обойдется значительно дороже. 
 
* * * 
 
Итак, спутниковое подключение характеризуется довольно внушительной стоимостью организации канала и повышенными тарифами, но позволяет получать доступ к Сети практически из любого уголка планеты. Несмотря на большую номинальную скорость передачи, реальная скорость работы с Интернетом у каждого абонента значительно ниже и обычно зависит от числа других абонентов, активных в текущий момент времени. Да и задержка сигнала такова, что данный вид подключения плохо подходит для организации сетевых игр или конференц-связи. Если не считать тарифных планов с резервированием минимальной полосы пропускания, спутниковый Интернет ориентирован на кратковременную нагрузку, такую как веб-серфинг и чтение почты, а длительное копирование файлов может привести к срабатыванию автоматического ограничителя скорости.