Netzwerkkontrollzentrum
Das Network Control Center (NCC) bietet die Steuerung des gesamten Satellitenkommunikationsnetzwerks, die Koordination des Betriebs von Gateway- und Teilnehmerstationen, die Einstellung einer einzelnen Zeit im Netzwerk, die Zuweisung von Frequenzschlitzen auf Satelliten für den Betrieb (Datenübertragung) von Gateway- und Teilnehmerstationen, die Aufrechterhaltung der Abrechnung, das Sammeln von Daten auf den übertragenen und empfangene Informationen, Sammlung von Daten über den Zustand des Systems.
Angesichts der entscheidenden Bedeutung des NCC umfasst das Netzwerk normalerweise ein primäres NCC und ein Backup-NCC, die im Hot-Standby-Zustand arbeiten.
Zahl: Ausrüstung des Network Control Center für ein Satellitennetz in geostationärer Umlaufbahn von Hughes Network Systems (USA).
Im Wesentlichen handelt es sich beim NCC um eine Reihe von Servern, die über Glasfaserkommunikationsleitungen mit Gateway-Stationen verbunden sind. Die Kommunikation zwischen dem NCC und den Gateways über optische Kanäle ist sehr wichtig, da sie die Übertragung von NCC-Informationspaketen zum Gateway mit einer konstanten Verzögerung gewährleistet. Auf diese Weise können Sie den Prozess der Informationsübertragung zum Satelliten und vor allem den Prozess des Umschaltens des Satelliten von einem Gateway zum anderen und des Terminals dazwischen effektiv steuern Satelliten. Die Verwendung von Kommunikationssystemen, beispielsweise zellular oder drahtlos, wenn sie Protokolle haben, die eine schwebende Verzögerung ermöglichen, ist hier nicht akzeptabel.
Laut Elon Musk wird das Netzwerk ein eigenes proprietäres Protokoll verwenden, das einfacher als IPv6 ist und eine kleine Headergröße hat: "" ist einfacher als IPv6 und hat einen geringen Paketaufwand. " Es wird auch "definitiv" eine Peer-to-Peer-Verbindung sein. " Das Netzwerk verwendet außerdem eine End-to-End-Verkehrsverschlüsselung:
Weitere Informationen über das NCC-Netzwerk von Starlink sind praktisch unbekannt.
Der NCC-Komplex enthält auch den StarLink-Netzwerk-Telemetrie-Befehls- und Steuerungskomplex.
SpaceX verwendet 4 Stationen (Teleports), an denen eigene Steuerungs- und Telemetriesammelstationen in Ku und Ka-Band installiert sind.
Dies sind Brewster (Bundesstaat Washington in den USA), Cordova (Argentinien), Tromsø (Norwegen), Avarua (Neuseeland). Der Telemetrie- und Steuerkanal für jeden Satelliten kann für eine Umlaufbahn von bis zu 2,5 Stunden pro Tag (12 Minuten pro Umdrehung um die Erde) aktiv sein, obwohl die geschätzte Zeit für Telemetriesitzungen 60 Minuten pro Tag beträgt.
StarLink-Teleportparameter
Darüber hinaus hat Space X mit dem norwegischen Betreiber KSAT eine Vereinbarung über die Nutzung seines weltweiten Netzes im X- und S-Band geschlossen. Space X kann das gesamte terrestrische KSAT-Netz von Stationen auf der ganzen Welt nutzen, einschließlich Tromsø (Norwegen), Svalbard (Norwegen) ), Antarktis, Singapur, Südafrika, Dubai und Mauritius. Das gleiche globale Netzwerk wird häufig für Flüge von Falcon 9-Trägerraketen und dem Raumschiff Dragon SpaceX verwendet. SpaceX hat außerdem eine eigene Verfolgungs- und Überwachungsstation im US-Bundesstaat Washington eingerichtet (Index ("RED1")), die die Hauptlast tragen und bei Bedarf das KSAT-Netzwerk nutzen soll.
S- oder X-Band-Kommunikationssitzungen können bis zu 2,5 Stunden pro Stunde dauern Tag (oder 10 Minuten in jeder Schleife), obwohl der berechnete Wert 60 Minuten pro Tag beträgt.
SpaceX bildete auch ein Netzwerk von Teststationen, um den Dienst im StarLink-Netzwerk zu testen.
Bodenteststationen umfassen sechs feste Bodenstationen und drei mobile Bodenstationen. Ihre Adressen:
- SpaceX-Hauptsitz: Hawthorne, Kalifornien.
- Hauptsitz von Tesla Motors: Fremont, Kalifornien.
- SpaceX-Testzentrum: McGregor, TX.
- SpaceX Brownsville: Brownsville, TX
- SpaceX Redmond: Redmond, Washington
- SpaceX Brewster: Brewster, Washington.
- SpaceX Broadband Test Van 1: Tragbar
- SpaceX Broadband Test Van 2: Tragbar
- SpaceX Broadband Test Van 3: Tragbar
Es war geplant, dass die Satelliten während des Testzeitraums nur über diese Bodenstationen senden (Höhenwinkel von 40 ° bis 90 °), was einer Sitzung von etwa 10 Minuten pro Tag entspricht.
Jede Bodenstation ist mit ein bis vier Phasenantennenarrays und / oder Parabolantennen mit den folgenden Eigenschaften ausgestattet
. Zu diesem Zweck können auch Telemetrie- und Ku-Band-Antennen verwendet werden.
Gateway-Stationen (Gateways)
Gateway-Stationen (Gateways) ermöglichen die Informationsübertragung vom Internet über Satellit zu Teilnehmerterminals. In Abwesenheit einer Kommunikation zwischen Satelliten ist es daher für den Betrieb eines Teilnehmerendgeräts erforderlich, dass sich mindestens ein Gateway in dem Abdeckungsbereich des Satellitensignals befindet, über das das Teilnehmerendgerät gerade arbeitet. Ein Gateway kann mit Hunderten und Tausenden von Teilnehmerendgeräten arbeiten. Ein typisches Starlink-Netzwerk-Gateway verfügt über 8 Antennen, von denen jede Informationen an ihren eigenen Satelliten übertragen kann.
Daher sollte ein Gateway innerhalb des Starlink-Netzwerks als ein Satz separater Antennenpfosten verstanden werden, die sich an einem Ort befinden und im Ka-Band arbeiten. Normalerweise gibt es im Gateway auch Teilnehmerterminals, die zu Steuerungszwecken dienen: Sie prüfen, welche Modulationen bei bestimmten Wetterbedingungen das Netzwerk in einem bestimmten Gebiet betreibt.
Unter dem Radom (der sogenannten radio-transparenten Kappe) befindet sich etwas Ähnliches wie bei der folgenden Antenne:
Das Gateway muss über eine garantierte Stromversorgung und Verbindung zum Backbone des Internets verfügen. Gleichzeitig ist der Einstiegspunkt des Teilnehmers in das Internet nicht der Knoten eines lokalen Anbieters, der dem Gateway am nächsten liegt, sondern nur die Server von SpaceX, die über ein Abrechnungssystem, ein Client-Verkehrsmanagement und SORM-Geräte verfügen (System of Operational Investigations, der amerikanische Name eines ähnlichen Gesetzes) über die Verpflichtung des Telekommunikationsbetreibers, der Polizei die Anzeige des Verkehrs zu ermöglichen (Gesetz zur Unterstützung der Kommunikation bei der Strafverfolgung, abgekürzt CALEA).
Da die Serveranforderungen für die oben genannten Dienste sehr hoch sind, wird Starlink in den USA höchstwahrscheinlich an den bekanntesten Knotenpunkten für den Datenverkehr (IX) zwischen ISPs über 4-5 Zugangspunkte zum Internet verfügen. Übrigens erhöht dies die gesamte Netzwerklatenz um einige Millisekunden oder einige zehn ms.
Derzeit verwendet Starlink Parabolantennen mit einem Durchmesser von 1,5 m an seinen Gateways in Radomen (radio-transparenten Kuppeln) aus eigener Produktion und mit einem 50-W-Sender. Ein Merkmal von Parabolantennen ist, dass sie im Gegensatz zu Phased-Array-Antennen bei niedrigen Elevationswinkeln betrieben werden können (laut SpaceX-Anwendung bis zu 5 °).
Hier sind die Spezifikationen des Gateways (aus der Space X-Einreichung für den japanischen Telekommunikationsregler)
Aus der Tabelle folgt, dass das Terminal in einem Kanal mit einer Bandbreite (Kanalbreite) von 500 MHz arbeitet, wobei die Schutzintervalle von 480 MHz berücksichtigt werden. Der Antennendurchmesser beträgt 1,47 m, der Antennenstrahlwinkel beträgt 0,5 Grad, die maximale Verstärkung der Endantenne beträgt 49,5 dBi und die maximale EIRP beträgt 66,5 dBW.
In Kombination mit der Tatsache, dass die Antennen auf dem Satelliten für die Kommunikation mit dem Gateway ebenfalls parabolisch sind und in die gewünschte Richtung abweichen können, ist es möglich, den Arbeitsbereich der Informationsübertragung vom Gateway zum Satelliten erheblich zu erweitern.
Zahl: Eine Karte der Starlink-Gateways in den USA Mitte Oktober 2020 zeigt ihre theoretische Abdeckung in einem Höhenwinkel von 5 bis 10 Grad.
Eines der Probleme, mit denen SpaceX bei der Bereitstellung eines Netzwerks von Gateways in den USA konfrontiert ist, besteht darin, dass in den USA ein Teil des Ka-Bandes dem UMFUS-Dienst zugewiesen wird. Die letztere Abkürzung ist der allgemeine Begriff, der von der FCC für innovative Festnetz-, Mobil- und Internet-of-Things-Dienste (IoT) verwendet wird, die das Ka-Band von 27,5 bis 28,35 GHz verwenden. Die Dienste (oder Netzwerke), die von UMFUS-Lizenznehmern bereitgestellt werden können, beziehen sich nur auf feste und terrestrische Mobilfunktechnologien und der feste Satellitendienst, dh mobile Satellitenkommunikation (wie Starlink), nicht. Daher sollte SpaceX in den USA nach Gebieten mit einer sehr geringen Bevölkerungsdichte suchen - nicht mehr als 450 Personen in einem Gebiet, in dem die Strahlungsdichte (PFD) der Satellitenkommunikationsantennen des Starlink-Gateways eine bestimmte feste Grenze von X (-77) beträgt.6 dBm / m2 / MHz): Dort kann das Starlink-System laut FCC UMFUS-Dienste nicht stören.
Angesichts der Tatsache, dass Gateways eine freie Sicht auf den Himmel und die Fähigkeit erfordern, in allen 360 Grad und mit minimalen Höhenwinkeln zu arbeiten, erschwert diese Bedingung die Suche nach einem geeigneten Ort für das Gateway erheblich.
Gateways umfassen Modulatoren und Demodulatoren, die das modulierte Funksignal in einen digitalen Datenstrom umwandeln und an das terrestrische Netzwerk senden.
Wie oben erwähnt, spielt eine einzelne Zeit und eine feste Verzögerung beim Durchgang eines Pakets zwischen dem NCC und dem Gateway eine absolut entscheidende Rolle im Starlink-System. Daher kann es schwierig sein, Gateways auf Objekte zu platzieren, die sich selbst mit einer Mindestgeschwindigkeit bewegen (z. B. schwimmende Plattformen im Ozean).
Space X bietet das folgende Schema, um Interferenzen mit anderen Satelliten im geostationären oder niedrigen Orbit zu vermeiden. Im Gegensatz zum OneWEB-Netzwerk, bei dem der Satellit mehrere Grad von der vertikalen Linie zur Erde abweichen musste, schlägt StarLink vor, zu einem anderen Gateway zu wechseln. Hier ist ein Diagramm aus einem Dokument, das von Space X an eine japanische Aufsichtsbehörde gesendet wurde.
Rote gepunktete Linie "Der Strahl wird nicht verwendet, da die Möglichkeit einer Interferenz mit anderen Satelliten besteht." Grün gepunktete Linie "Strahl kann angeordnet werden."
Daher entschied sich Space X für die Option einer übermäßigen Anzahl von Boden-Gateways, um aus mehreren Gateways für jeden StarLink-Satelliten auswählen zu können. Außerdem muss das Network Management Center die relative Position jedes StarLink-Satelliten relativ zu den Satelliten auf dem GSO ständig berechnen. Dies ist am schwierigsten Alle Satelliten anderer Betreiber, die in anderen Umlaufbahnen eingesetzt werden und in den ausgewählten Frequenzbändern arbeiten. Wie das StarLink-System diese Aufgabe in Zukunft bewältigen wird, wenn Tausende von Kuiper-, OneWEB-, TeleSat LEO-Satelliten, chinesischen ähnlichen Systemen sowie andere Systeme, die die Ku- und Ka-Bänder verwenden, auf dem Nicht-GSO gestartet werden, ist derzeit schwer zu beurteilen, aber die Aufgabe sieht sehr ehrgeizig aus.
Die ersten Informationen zur Platzierung von Starlink-Gateways außerhalb der kontinentalen Vereinigten Staaten wurden im Oktober 2020 veröffentlicht. Derzeit hat die australische Tochtergesellschaft von Space X - Australia PTY LTD bei der australischen Aufsichtsbehörde ASMA Anträge auf Platzierung von 4 Gateways gestellt, die alle entlang der Südküste Australiens (entlang des Breitengrads von 30 bis 40 Grad südlicher Breite) geplant sind.
Vorherige Materialien:
- Alles über das Starlink Satellite Internet-Projekt. Teil 1. Geburt des Projekts
- Alles über das Starlink Satellite Internet-Projekt. Teil 2. Starlink-Netzwerk