Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 7. Пропускная способность сети Starlink и программа RDOF

в 20:33, , рубрики: spacex, starlink, Беспроводные технологии, космонавтика, Маск, Научно-популярное, Разработка систем связи, Сетевые технологии, спейс икс, спутниковая связь, спутниковый интернет

Часть 1Часть2 Часть 3 Часть 4 Часть 5 Часть 6

Пропускная способность сети Starlink

В первой заявке, поданной SpaceX в FCC (Федеральная Комиссия по связи), указывалось, что пропускная способность одного спутника составит 17-23 Гбит/с, и усредненно принималась как 20 Гбит/с, позднее в одном из сообщений указывалось, что каждый запуск 60-ти спутников версии Starlink 1.0 добавляет около 1 Тбит/с пропускной способности для сети, то есть пропускная способность одного спутника ближе к 16-17 Гбит/с.Также не уточнялось, суммарная ли это емкость в обоих направлениях или только из сети интернет к абоненту. В любом случае, нет смысла определять пропускную способность всей сети, так как она вряд ли когда может быть реализована вся (70% Земли покрыто морями и океанами, кроме того, очень сомнительно, что спрос в Сахаре и Гималаях будет таким же, как населённых районах). Поэтому целесообразно говорить о пропускной способности одного спутника и оценивать, сколько абонентов он может обслужить.

Рассмотрим по отдельности пропускную способность спутника Starlink в Ку и Ка диапазонах.
Ка диапазон (фидерная линия) здесь имеется 4200 МГц суммарно в 2 поляризациях. Учитывая заявленные SpaceX на этой линии модкоды 64QAM, то есть 6 бит/Гц, (проведенная оценка бюджета радиолинии показала, что такая спектральная эффективность вполне достижима), можно сделать вывод, что оценка пропускной способности в 20 Гигабит на линии Земля (Интернет)-Спутник является достижимой.
Однако, на линии Спутник – Абонент в Ку диапазоне, как мы видели раньше, спектральная эффективность при использовании нынешнего варианта абонентского терминала равна 1,5 бит/Гц, то есть, если в сети будут только абонентские терминалы типа А, то ее пропускная способность составит всего 6 Гбит, в три раза меньше первоначальных ожиданий. Отмечу, что при использовании в качестве абонентских терминалов других его вариантов, например типов C и D, с антеннами 1,2 или 2,4 метра, пропускная способность сети возможно будет соответствовать заявленным 17..20 Гбит.

Также возможно оценить максимальное число абонентов, которое может обслужить один спутник StarLink. Если принять пропускную способность спутника в 6 Гбит/с в направлении из интернета к клиенту, то, учитывая последние данные, что среднее потребление одного домохозяйства США, подключенного по оптике, составляет 281 Гбайт в месяц или эквивалентно 0,9 Мбит/с при равномерной ежемесячной загрузке, то при типичном распределении нагрузки в сетях интернет-провайдера пиковая и среднемесячная загрузки соотносится как 1 к 3-4. Таким образом, максимальное количество абонентов, использующих нынешний вариант абонентского терминала, которое может обслужить один спутник, составляет 1500...2000 абонентов с таким потреблением трафика. Если же объем трафика в месяц будет ограничен в тарифном плане, например, 150 Гбайтами, то один спутник сможет обслужить вдвое больше абонентов – 3-4 тысячи. Указанные выше рассуждения применимы в случае использования групповых методов множественного доступа к частотному ресурсу спутника (CDMA/TDMA/FDMA), а не закрепленных каналов типа SCPC. Подробнее об этом — в соответствующем разделе.
Также отметим, что площадь территории США составляет около 10 млн км2, или 2% поверхности Земли. Соответственно, приняв, что за счет «прибрежных» зон количество спутников, которые могут предоставить сервис, будет 3%, то для группировки первого этапа из 1584 спутников над территорией США могут оказать сервис не более 45-48 космических аппаратов, то есть максимальная абонентская база для первого этапа составит примерно 150-200 тыс. абонентов. При тарифе $80 в месяц такое количество абонентов принесет SpaceX доход в $150-200 млн в год, при абонплате $100 в месяц – $200-250 млн, что достаточно далеко от оценок в бизнес-плане 2016 года.

StarLink и программа Rural Digital Opportunity Fund

Несколько слов в качестве вводного пояснения.
Предоставлять услуги в сельской местности невыгодно Операторам связи (затраты на инфраструктуру в расчете на 1 абонента во много раз выше чем в городах. Это аксиома для всего мира. Выходов тут только два: или монополия одного оператора (как, например, Почта в России), который обязан обеспечить всех жителей страны услугой по равной для всех цене (и тогда горожане по сути дотируют селян), или если Операторов много, но государство определяет какие услуги должны быть предоставлены гражданам в обязательном порядке, они часто называются универсальными, и за их оказание Государство доплачивает из специального фонда Операторам, которые готовы их предоставлять.

Доплаты идут либо прямо из бюджета, либо фонд создается за счет квазиналога, который платят все операторы страны. В России он составляет сейчас 1,2% от доходов Операторов от услуг абонентам и называется Фонд Универсального Обслуживания.
Аналогичная система существует и в США, где Операторы уплачивают определенные суммы в пользу FCC (Федеральная Комиссия по связи), которая на эти деньги привлекает Операторов для интернетизации сельских районов.

Очередной этап такой программы RDOF (Rural Digital Opportunity Fund) начал обсуждаться в 2019 году. Это грант в 16 миллиардов долларов на улучшение доступа в интернет для сельской местности в течение следующих 10 лет. Деньги должны быть распределены на октябрьском аукционе 2020 года среди Операторов, предлагающих лучший сервис с точки зрения скорости доступа и объема трафика в разных регионах страны, где в настоящее время скорость доступа ниже 25 Мбит в секунду. Получатели денег Rural Digital Opportunity Fund должны предложить на коммерческой основе (то есть за деньги) абонентам хотя бы одну голосовую и одну широкополосную услугу, отвечающую соответствующим требованиям к услугам, для всех мест в пределах выигранной ими территории в следующие сроки:

  • 40% от необходимого количества мест в штате к концу третьего года
  • и дополнительные 20% к концу четвертого и пятого года получения грантов

Для выявления победителя предлагается система начисления штрафных баллов в зависимости от технических параметров сервиса по доступу в Интернет. Имеется 4 градации по скорости:

Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 7. Пропускная способность сети Starlink и программа RDOF - 1

В отношении спутниковых технологий правила написаны строго против всех спутниковых операторов. Каждому Оператору начисляются штрафные баллы.
Идеальным является предложение Оператора, который обеспечит скорость 1 Гбит: у него будет 0 штрафных очков и задержка менее 100 миллисекунд ему практически гарантирована победа и грант.
Требования по задержке просто «убивает» существующий сервис операторов ViaSat и Hughes Network Systems, работающих с ИСЗ на геостационарной орбите:

Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 7. Пропускная способность сети Starlink и программа RDOF - 2

Они получают сразу по 40 штрафных баллов, и могут быть лучше только тех, кто работает на древней ADSL.
SpaceX с 2019 года пыталась претендовать на федеральные субсидии для предоставления услуг широкополосного интернета в сельских районах, несмотря на возражения конкурентов, которые утверждают, что его спутниковая технология не проверена на практике. В письме в FCC SpaceX наоборот заявляет, что его технология расширит выбор для сельских абонентов. «Запрет на участие SpaceX в аукционе, несмотря на соответствие ее сервиса техническим требованиям аукциона, может привести к тому, что абоненты будут ограничены в выборе и не получат лучший из возможных вариантов сервиса.», — написал Дэвид Голдман, директор по спутниковой политике SpaceX.
FCC начала консультации с общественностью о предложении SpaceX изменить правила распределения средств по этой программе. Представитель FCC заявил, что агентство ожидает получения публичных комментариев по своему предложению.

«Цель Фонда сельских возможностей, состоит в том, чтобы использовать деньги фонда универсального обслуживания, чтобы обеспечить максимально быстрый интернет для максимально возможного числа американцев», — говорится в заявлении.

Опубликованный черновой вариант условий аукциона, предложенный FCC 7 февраля 2020 года, содержал формулировки, запрещающие спутниковым компаниям, квалифицироваться как сервис с низкой задержкой (пингом), что делает их заявки менее привлекательными, чем участники торгов, работающие с ВОЛС.

SpaceX встретилась с сотрудниками FCC 18 и 19 февраля 2020 года, и утверждала, что ее спутники, находящиеся на НГСО имеют малую задержку, что вытекает из базовых законов физики. В письме, направленном в FCC от 20 февраля, SpaceX говорит, что его спутниковая система продемонстрировала, что она может обеспечить высокоскоростной интернет.

FCC, в результате активности SpaceX, изменило свою позицию в новой версии условий Аукциона, одобренного FCC 28 февраля. Агентство оставило возможность того, что спутниковые службы на низкой околоземной орбите могут быть отнесены к категории Операторов с малой задержкой, и запросило публичные комментарии по поводу утверждений SpaceX.

Эти изменения вызвали бурный протест существующих сельских интернет провайдеров, считающих, что выделение средств на спутниковую технологию SpaceX – это рисковая игра, так как SpaceX не может подтвердить опыт предоставления широкополосного доступа абонентам. «Мы не позволим SpaceX спекулировать общественными деньгами», — сказал Джонатан Чамберс, бывший сотрудник FCC и партнер Conexon LLC, которая строит сети ВОЛС для сельских операторов связи.

Согласно статье в The Wall Street Journal, спор дошел до Капитолийского холма, где помощники конгресса и лоббисты обсуждали, как оказать давление на FCC, чтобы не допустить SpaceX к аукциону. «Это будет политическая катастрофа, если «гребаный» Илон Маск сожрет миллиарды долларов из общественных денег», — заявил на прошлой неделе один из помощников конгрессмена в одном из своих е-мейл.

«This will be a political disaster if Elon f’ing Musk gobbles up billions of dollars of the public’s money,»)

Группа под названием NTCA — Ассоциация сельской широкополосной связи и Национальная ассоциация кооперативов сельских электриков, члены которой иногда наряду с электричеством предлагают и доступ в интернет, заявили, что они просят конгресса и Федеральную комиссию связи не принимать предложения SpaceX.
NTCA отправляла конгрессменам письма по электронной почте, призывающие их связаться с FCC и выразить озабоченность по поводу спутниковых группировок на НГСО, участвующих в аукционе.

«Хотя это всего лишь пока предложение, но если оно будет принято, оно возможно приведет к тому, что спутниковый провайдер (то есть SpaceX) может выиграть весь аукцион (все его лоты)», — писал лоббист NTCA.

В своем интервью старший вице-президент NTCA Майкл Романо заявил, что предложения SpaceX могут позволить спутниковым компаниям участвовать в торгах в любом из лотов аукциона.

В результате активных действий противников SpaceX в мае 2020 года FCC пошел на попятную и внес в правила новые формулировки для спутниковых сетей на низкой орбите (пункты 106-109 правил Аукциона RDOF), опубликованные FCC 19 мая 2020 года. Основным их содержанием является следующее:

108. Хотя на спутники, находящиеся на низкой околоземной орбите, не распространяются те же ограничения абсолютной физической задержки, что и на спутники на ГСО, мы не согласны с тем, что высота орбиты спутника является единственным определяющим фактором способности Оператора спутниковой сети соответствовать требованиям Комиссии о малой задержке. Как пояснили комментаторы (Viasat) задержка, с которой сталкиваются абоненты, использующие конкретную технологию, является не только вопросом физики передачи сигнала в космосе. Другие факторы также влияют на это. Задержка спутниковой сети, в частности, состоит из «задержки распространения» — времени, которое требуется радиоволне для перемещения от спутника к поверхности Земли и обратно, и «задержки обработки» — времени, которое требуется сети для обработки данных. Радиоволне требуется меньше времени для перемещения от земной станции к низкоорбитальному спутнику и обратно по сравнению с геосинхронным или спутником на средней орбите. Задержка распространения в спутниковой сети не учитывает задержку в других сегментах и процессах сети оператора, таких как обработка, маршрутизация и доставка Интернет трафика к гейтвею. Кроме того, если сеть использует межспутниковые каналы, задержка в них может также увеличить задержку для конечного пользователя.

109. В отсутствие реального примера работы негеостационарной спутниковой сети, предлагающей услугу для массового рынка частных потребителей, и которая способна удовлетворить наши требования к задержке в оба конца менее 100 мс, сотрудники Комиссии не смогли сделать вывод, что такой заявитель обоснованно способен удовлетворить требования Комиссии к низкой задержке, и поэтому мы исключаем такие заявки.

Пункт 109 однозначно написан в адрес SpaceX. Естественно это вызвало возмущение SpaceX, и активную работу их лоббистов, однако, трудно понять, смогли бы они убедить FCC, если бы 30 мая 2020 года Space X не осуществил бы запуск пилотируемого космического корабля Dragon с астронавтами на борту, который в НАСА ждали с 2014 года и который прервал монополию России на доставку астронавтов на МКС. Илон Маск встречался по этому поводу с Президентом США Дональдом Трампом и получил от него заслуженные поздравления.

Буквально через 10 дней после этих событий Директор FCC и его заместитель Джефри Старкс разглядели в системе StarLink ранее видимо неизвестные им широчайшие технологические возможности. Комиссар FCC Джеффри Старкса сказал: «Выделение столь значительной части бюджета на столь длительный период -10 лет повышает важность нашего отношения к новым технологиям и техническим возможностям. Я высоко ценю работу комиссара О'Рилли по пересмотру категорического запрета на участие в торгах спутниковых систем на низкой околоземной орбите из-за уровня задержки, особенно теперь, когда у нас есть свидетельства того, что эти системы могут соответствовать стандарту задержки в 100 миллисекунд. Как я уже говорил ранее, спутниковая широкополосная связь следующего поколения имеет огромные технологические перспективы для преодоления цифрового разрыва и продвигается сильными американскими компаниями с многолетней история успеха.»

Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 7. Пропускная способность сети Starlink и программа RDOF - 3

Руководитель FCC Ajit Pai, назначен на этот пост Дональдом Трампом

Председатель FCC Аджит Пай был более осторожен. 11 июня 2020 года на пресс конференции он заявил:

«И, по просьбе одного из моих коллег-комиссаров, мы также не полностью закрываем двери для операторов спутниковой связи на LEO, предлагающих низкий уровень задержки. Однако также важно помнить следующее: цель Фонда сельского развития цифровых технологий — обеспечить американцам доступ к широкополосной связи независимо от того, где они живут.Это не технологический инкубатор для финансирования непроверенных технологий. И мы не допустим, чтобы деньги налогоплательщиков были потрачены впустую. Новая технология может звучать хорошо в теории и отлично выглядеть на бумаге. Но эта широкополосная программа стоимостью в несколько миллиардов долларов потребует скрещивания букв «t» (прим. расставить все точки над i)(«t's to be crossed»), а не пальцев. Поэтому любое такое предложение будет подвергнуто очень тщательному анализу.»

Финальные условия участия в тендере RDOF выглядели на 15 июля так:

  • Продемонстрировать двухлетний опыт предоставления услуг голосовой связи, широкополосного доступа и/или распределения или передачи электроэнергии и предоставить проверенные финансовые отчеты за один год или
  • Представьте аудированную финансовую отчетность за три года с краткой формой заявки и письмом о заинтересованности от соответствующего банка, желающего открыть аккредитив на указанную сумму.

От организаций также потребуется предоставить подробную техническую информацию, чтобы продемонстрировать, что они обладают технической квалификацией, чтобы соответствовать применимым требованиям к уровню по скорости передачи и задержке

Как мы видим SpaceX имела возможность участвовать в аукционе, что она и сделала, просто подав финансовую отчетность и подробное описание системы StarLink до 15 июля 2020 года.

13 октября FCC опубликовал список компаний, допущенных к проведению самого аукциона, Space X наравне с ViaSat и Hughes Network Systems представляет спутниковых операторов. При этом нет информации, какую величину задержки эксперты FCC приписали StarLink и, соответственно, с кем он будет конкурировать.

Остается ждать самого аукциона (он начался 29 октября 2020 и проходит в закрытом режима, пока состоялось 4 раунда) и дальнейшего развития событий, его результаты, размер субсидии на один подключенный дом и т.д. Этот процесс до заключения контракта может занять от 6 до 18 месяцев, что позволит FCC убедиться в работоспособности и реальных характеристиках сети StarLink.

Автор: vsatman

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js