«Везде на связи»: Интернет на воде, в воздухе и космосе

По данным последнего пресс-релиза ^[1] Международного союза электросвязи (МСЭ), количество пользователей интернета в мире составляет 3,5 миллиарда человек. В период с 2000 по 2015 год их число увеличилось с 6,5 до 43% мирового населения.

Мы привыкли к тому, что имеем постоянный доступ к Сети. Но как обстоят дела с доставкой связи в «труднодоступные» места? Об этом мы и поговорим сегодня.

^[2]
/ Flickr / Geoff Stearns ^[3] / CC ^[4]

Вода

Интернет в море — это не то же самое, что интернет на материке. Однако он там есть. Наиболее популярный способ доставки интернета на корабли — спутниковая связь. Прямое соединение осуществляется с помощью специализированного аппаратного обеспечения, установленного на судне.

Например, несколько лет назад компания «Билайн» настроила ^[5] спутниковую систему на теплоходе. Была установлена односторонняя тарелка со стабилизаторами и поворотными механизмами, чтобы нивелировать воздействие качки и отслеживать спутник во время движения судна. Для организации исходящего канала использовали ряд 3G-модемов.

Ключевой элемент комплекса — однонаправленная антенна Tracvision M9. DVB-поток с антенны поступает на карту DVB-S2 PCI, установленную в обычный персональный компьютер. Балансировщик нагрузки был построен на базе VMware ESXi, внутри которого были развернуты две виртуальные машины: балансировщик на Vyatta и кэш-сервер на Debian. После этого по теплоходу был растянут кабель 5e для подключения беспроводных точек доступа с питанием от коммутаторов Cisco, покрывших почти все рабочие зоны судна.

Воздух

Что касается воздушной стихии, то до самолета интернет может добраться ^[6] двумя способами:

По схеме «воздух – земля»

В этом случае на земле строятся специальные базовые станции с направленными вверх антеннами. При этом на борту самолета располагается 3G-роутер, который переключается с одной станции на другую, обеспечивая неразрывную связь. Плюсом такой инфраструктуры является возможность использования уже готовых сотовых сетей, а поскольку маршруты полетов заранее известны, то это позволяет снизить количество требуемых антенн — одна базовая станция способна покрыть около 100 кв. км площади.

Слабое место — потеря связи при пролете над акваторией. Это не позволяет использовать такую схему во время межконтинентальных перелетов. Следующий вариант подключения лишен этого недостатка.

Спутниковая связь

Между «земным» интернетом и сетью самолета появляется посредник — спутник, расположенный на геостационарной орбите, чей сигнал покрывает площадь в несколько сотен тысяч кв. км. Интернет-оператор арендует полосу у спутникового оператора и транслирует трафик на самолеты.

Передача ведется в разных диапазонах. Большинство операторов используют короткие волны (более 10 ГГц) и Ku-диапазон (от 12 до 18 ГГц) — это позволяет сохранить низкой стоимость и обеспечить высокую скорость передачи данных (50 Мбит/с). Увеличить скорость способны спутники с Ka-транспондерами (диапазон 30/20 ГГц). В настоящее время их используют Eutelsat на территории Европы, Viasat и Hughes в Северной Америке. Также их имеют российские спутники «Экспресс АМ4», «Экспресс АМ5» и «Экспресс АМ6».

Но несмотря на это, скорости 50 Мб/с недостаточно для комфортной работы 100 пассажиров самолета. Приходится прибегать к системам оптимизации канала — например глубокому анализу трафика (DPI) ^[7].

DPI-системы позволяют анализировать трафик, составлять отчеты по используемым протоколам и приложениям и оценивать самые посещаемые ресурсы. Например, согласно исследованию MVNO, тремя наиболее популярными применениями интернет-полосы на борту самолета остаются Facebook, iMessage и веб-серфинг.

Также DPI-системы ^[8] позволяют блокировать работу некоторых протоколов: VOIP-связи (Skype, FaceTime), чтобы разговоры одного пассажира не мешали другим, или онлайн-видео (YouTube, Netflix и т. п.), поскольку они создают значительную нагрузку на полосу пропускания. Дополнительно отметим, что глубокий анализ трафика способен ^[9] защитить устройства пользователей во время полета от атак злоумышленников.

Космос

Космос имеет свои неоспоримые преимущества. Но скоростной интернет — не одно из них. По словам ^[10] космонавта Скотта Келли (Scott Kelly), «интернет на МКС гораздо хуже, чем был Dial-Up». Интернет в космосе базируется на сети для отслеживания спутников — этими же средствами коммуникации инженеры НАСА пользуются для общения с космонавтами.

НАСА Deep Space Network (DSN) — это интернациональная сеть из антенн, которая обеспечивает связь между инженерами и учеными на Земле и миссиями в космосе. DSN состоит из трех комплексов, «раскиданных» по всей планете: в пустыне Мохаве, США, недалеко от Мадрида, Испания, и недалеко от Канберры, Австралия. Такое расположение позволяет не выпускать МКС из зоны видимости.

DNS-антенны очень большие, и их размеры достигают 70 метров. Чем больше антенна, тем сильнее сигнал, и тем большее количество информации она способна передавать. Обычно самые крупные ретрансляторы DSN задействуются только при чрезвычайных ситуациях. Для большинства космических аппаратов достаточно использования меньших (более экономичных) антенн, как это было во время полета Марсианской научной лаборатории.

Низкая скорость интернета в первую очередь связана с расстоянием, которое приходится преодолевать данным. Когда космонавт кликает на ссылку, запрос пролетает примерно 35 тыс. км от Земли до сети геосинхронных спутников. После этого спутники отправляют ответ вниз на приемник, обрабатывающий его перед трансляцией на МКС.

«Космонавты подключаются не к интернету — они подключаются к компьютеру, который подключен к интернету, — рассказывает ^[11] Роберт Фрост (Robert Frost), занимающийся подготовкой космонавтов для миссий на МКС. — Зеркалирование выполнено в целях безопасности. Это позволяет экипажу просматривать контент, не рискуя заполучить вредоносное ПО на борт станции».

В связи с этим наблюдаются определенные задержки при обращении к сайтам. «Но не все так плохо, — отмечает ^[12] Дэн Хуот (Dan Huot), представитель НАСА. – У нас есть возможность передавать в обе стороны «тяжелые» видеофайлы. Каждый день мы передаем туда-сюда гигабайты видеозаписей с камер наблюдения, и это не вызывает серьезной нагрузки на систему». В свободное время команда даже может смотреть телевизионные шоу или фильмы.

Инженеры постоянно работают над улучшением качества соединения. В этом году НАСА также сделало ^[13] шаг в сторону создания SSI — Solar System Internet, установив сервис DTN — Delay/Disruption Tolerant Networking на МКС. Решение должно автоматизировать и повысить доступность данных для космических экспериментов и привести к более оптимальному использованию пропускного канала.

В сети DTN данные от приложений представляются в виде сообщений произвольной длины и преобразуются в специальные пакеты для пересылки в гетерогенных сетях. Каждая такая посылка состоит из блоков, содержащих как данные приложений, так и команды для доставки.

Здесь, как и в IP-сетях, используется принцип «сохрани и передай», предполагающий сохранение пакетов при невозможности их передачи. Только в случае DTN время хранения гораздо больше, поскольку существует высокая вероятность, что канал в момент передачи может оказаться недоступен.

На борту МКС функциональность DTN была добавлена в Telescience Resource Kit (TReK) — программный исследовательский комплекс для передачи данных между операционными центрами. Это должно повысить качество работы важных для миссии приложений.

Первое применение сервиса подтолкнуло мир к созданию интернета, работающего в пределах солнечной системы, в котором МКС будет играть важную роль. Более того, в будущем DTN позволит обращаться и в те зоны на планете, где обычные средства коммуникации оказываются недоступны, например, из-за чрезвычайных ситуаций.

О чем еще можно почитать в блоге VAS Experts на Хабре:

• Немного о типах DDoS-атак и методах защиты ^[14]
• Немного о рынке DPI: Вендоры и их решения ^[8]
• Deep Packet Inspection: Оборудование и применение ^[15]
• Введение в DPI: Сценарии использования системы ^[9]

Автор: VAS Experts

Источник ^[16]