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Alles über das Starlink Satellite Internet-Projekt. Teil 13. Satellitennetzwerkverzögerung und Funkfrequenzzugriffsmethoden

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Satellitenverzögerung im SpaceX-Netzwerk



Die Latenz (englische Latenz) oder Ping ist ein großer Vorteil für Satellitennetze im niedrigen Orbit gegenüber Netzen im geostationären Orbit (GSO, 36.000 km über der Erde). Für das GSO beträgt die Einwegverzögerung 600-800 Millisekunden und wird durch die Zeit bestimmt, zu der das Funksignal den Satelliten erreicht und zur Erde zurückkehrt. Ping entspricht der doppelten Verzögerungszeit. Eine hohe Latenz führt nicht nur zu großen Problemen bei so kritischen Internetanwendungen wie VPN-Tunneln, Remotedesktop- und sogar Telefongesprächen, ganz zu schweigen von Computerspiel-Shootern, sondern verringert auch die Geschwindigkeit der Informationsübertragung über das IP-Protokoll im Kanal erheblich auf seine formale physische Bandbreite.



Zahl: Die Geschwindigkeit der Informationsübertragung über das IP-Protokoll hängt von der Verzögerungszeit für Kanäle mit unterschiedlicher Bandbreite ab.



Es ist die geringe Latenz (Ping), die ein Schlüsselelement für LEO-Netzwerke darstellt und deren Hauptvorteil gegenüber Satelliten ist, die in einer geostationären Umlaufbahn arbeiten. Für SpaceX ist ein Ping von weniger als 100 Millisekunden von entscheidender Bedeutung. Dies ist ein Kriterium für die FCC, wenn Anträge auf Zuschüsse aus dem Budget für die Verbindung von Abonnenten in ländlichen Gebieten geprüft werden (RDOF-Programm). Mit einer längeren Verzögerung ist es fast unmöglich, diesen Zuschuss zu erhalten. Wenn wir über das Ausmaß der Verzögerung sprechen, dann wird es für den Teilnehmer aus der Verzögerung im Satellitennetz (zwischen dem Gateway und dem Teilnehmerterminal) und der Verzögerung im terrestrischen Netzwerk - vom Gateway zum NCC des Starlink-Netzwerks - dem Verkehrsaustauschpunkt und dem Standort, den der Teilnehmer benötigt, gebildet.



Die Verzögerung in einem Satellitensegment besteht aus drei Komponenten:



  1. Verzögerung im Weltraum (es gibt eine Verzögerung von 3-4 Millisekunden),
  2. Hardwareverzögerung beim Modulieren und Demodulieren des IP-Verkehrs in ein Funksignal (dies sind 5 bis 20 Millisekunden),
  3. Verzögerung bei der NCC-Zuweisung eines Platzes in einem Frame (Superframe) für die Verkehrsübertragung von einem Gateway / Terminal. Für eine Reihe von Betriebsmodi, beispielsweise im Fall der Verwendung von Frequenzen in einem dedizierten Kanalmodus, kann diese Verzögerung gleich Null sein. Für TDM-Modi (Time Division Multiple Access) kann diese Verzögerung mehrere zehn Millisekunden betragen.




In Verbindung mit dem oben Gesagten sind die Annahmen einiger Autoren, dass die Übertragung von Informationen für den Handel an der Börse im Starlink-Netzwerk aufgrund der Verwendung mehrerer Hops über Satellit schneller sein kann als in terrestrischen optischen Netzwerken, eindeutig falsch - aufgrund der Anhäufung von Hardwarefehlern bei der Landung auf dem Gateway und ein neuer Aufstieg zum Satelliten.



Am 29. September 2020 sandte SpaceX ein Schreiben an die FCC, in dem die Daten zitiert wurden, die während des Closed Beta-Tests von Teilnehmerterminals im August bis September 2020 erhalten wurden. Der Brief enthält den folgenden Zeitplan für einen wöchentlichen Test einer Gruppe von 30 Terminals mit Dateiübertragungen innerhalb von 15 Sekunden. Es wurden mehr als 1 Million Verzögerungszeitmessungen durchgeführt.





Wie Sie der Grafik entnehmen können, betrug die Verzögerung in 95% der Fälle weniger als 42 Millisekunden und in 50% weniger als 30 ms, was den Anforderungen des RDOF-Programms perfekt entspricht, jedoch kaum zur Organisation des Hochfrequenz-Börsenhandels verwendet werden kann ...



RF-Spektrum-Zugangstechniken





Unter den Methoden des Zugriffs des Teilnehmerterminals auf das Hochfrequenzspektrum des Satelliten werden folgende unterschieden:



  1. Mit permanenter Zuordnung des Frequenzbandes zum Terminal.
  2. Demand Assigned Multiple Access.


Die erste Methode ist bei der Hardware-Implementierung viel einfacher, während jedem Terminal ein bestimmter Teil des Frequenzspektrums auf dem Satelliten zugewiesen ist.





Zahl: Spektrogramm der Verwendung der Frequenzressource im Modus eines dedizierten Kanals des SCPC - Einzelkanal pro Trägertyp.



Der Vorteil dieser Methode ist die Geschwindigkeit des Verbindungsaufbaus - sobald die Endantenne auf den Satelliten zeigt, kann die Informationsübertragung zum Gateway beginnen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Satellitensegment irrational verwendet wird, da das Teilnehmerendgerät die meiste Zeit keine Informationen überträgt und die Effizienz (oder Nutzungsrate) eines solchen Kanals selten 5% überschreitet. Wenn beispielsweise der Starlink-Netzwerkdienstplan einem Teilnehmer eine Geschwindigkeit von 100/40 Mbit / s verspricht, beträgt die maximale Anzahl von Teilnehmern bei Verwendung des dedizierten Kanalmodus 6 Gb / 100 Mbit = 60 Teilnehmer, was das Netzwerk zutiefst unrentabel macht.



Das zweite Prinzip ist der Zugriff mehrerer Teilnehmer auf einen Frequenzkanal mit Zeit- oder Frequenzteilung.



Verfahren mit Gruppenzugriff (TDMA - Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff, FDMA - Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff usw.) ermöglichen trotz der Komplexität ihrer Implementierung und der Anforderungen an die Synchronisation beim Senden von Paketen von Teilnehmerendgeräten eine zehnfach effizientere Nutzung des Frequenzbereichs des Netzwerks und zehnmal mehr Informationen übertragen (Teilnehmerverkehr).





Zahl: Schema des Zugriffs auf eine Satellitenfrequenzressource unter Verwendung des TDM / TDMA-Gruppenzugriffs.



Ein weiterer Vorteil solcher Systeme besteht darin, dass die Datenübertragungsrate zu einem separaten Terminal in einem weiten Bereich variiert werden kann. Mit dem System können Sie fast die gesamte Bandbreite der Gateway-Station zu einem Teilnehmerendgerät umleiten. Dies erhöht jedoch die Übertragungsverzögerung erheblich, da das Network Control Center (NCC) dafür verantwortlich ist, die Zeit und den Ort im Rahmen für das Senden des Pakets durch das Teilnehmerendgerät zuzuweisen, und zuerst die Informationen, zu denen das Teilnehmerendgerät X online gehen und die Übertragung starten möchte Das dort zu verarbeitende NCC muss das Vorhandensein freier Steckplätze im Rahmen des nächsten Satelliten (und, wenn es vollständig geladen ist, eines anderen Satelliten) bestimmen, und Informationen über freie Frequenzen werden an das Gateway und von diesem zum Teilnehmerendgerät übertragen.Erst danach können sie mit dem Senden beginnen, und auf dieser Frequenz sendet das Teilnehmerendgerät nur während der Zeit, in der es sich an einem Minispot mit einer bestimmten Polarisation und bestimmten Frequenzen befindet, dh nicht länger als 6-7 Sekunden. Danach fällt das Endgerät in die Zone eines anderen Ministrahl mit unterschiedlichen Frequenzen und / oder Polarisationen. Es ist optimal, wenn die Informationen über das vom Teilnehmer benötigte Verkehrsaufkommen im Voraus an das NCC gemeldet werden und dieses in der Lage ist, Slots im Rahmen für dieses Terminal an allen Minispots zu buchen, in die das Teilnehmerterminal fällt, wenn sich der Satellit über das Haus des Teilnehmers bewegt. Wenn sich eine solche Roadmap im Speicher des Teilnehmerterminals befindet, kann eine nahtlose Kommunikation und kontinuierliche Videoanzeige im Internet bereitgestellt werden.während es sich in einem Mini-Spot mit einer bestimmten Polarisation und Frequenzen befindet, dh nicht länger als 6-7 Sekunden, danach fällt das Terminal in die Zone eines anderen Mini-Strahls mit unterschiedlichen Frequenzen und / oder Polarisation. Es ist optimal, wenn die Informationen über das vom Teilnehmer benötigte Verkehrsaufkommen im Voraus an das NCC gemeldet werden und dieses in der Lage ist, Slots im Rahmen für dieses Terminal an allen Minispots zu buchen, in die das Teilnehmerterminal fällt, wenn sich der Satellit über das Haus des Teilnehmers bewegt. Wenn sich eine solche Roadmap im Speicher des Teilnehmerterminals befindet, kann eine nahtlose Kommunikation und kontinuierliche Videoanzeige im Internet bereitgestellt werden.während es sich in einem Mini-Spot mit einer bestimmten Polarisation und Frequenzen befindet, dh nicht länger als 6-7 Sekunden, danach fällt das Terminal in die Zone eines anderen Mini-Strahls mit unterschiedlichen Frequenzen und / oder Polarisation. Es ist optimal, wenn Informationen über das vom Teilnehmer benötigte Verkehrsaufkommen im Voraus an das NCC gemeldet werden und dieses in der Lage ist, Slots im Rahmen für dieses Terminal an allen Minispots zu buchen, in die das Teilnehmerterminal fällt, wenn sich der Satellit über das Haus des Teilnehmers bewegt. Wenn sich eine solche Roadmap im Speicher des Teilnehmerterminals befindet, ist es möglich, eine nahtlose Kommunikation und kontinuierliche Videoanzeige im Internet bereitzustellen.wird im Voraus an das NCC benachrichtigt, und dieses kann Slots im Rahmen für dieses Terminal an allen Mini-Spots buchen, in die das Teilnehmerterminal fällt, wenn sich der Satellit über das Haus des Teilnehmers bewegt. Wenn sich eine solche Roadmap im Speicher des Teilnehmerterminals befindet, kann eine nahtlose Kommunikation und kontinuierliche Videoanzeige im Internet bereitgestellt werden.wird im Voraus an das NCC benachrichtigt, und dieses kann Slots im Rahmen für dieses Terminal an allen Mini-Spots buchen, in die das Teilnehmerterminal fällt, wenn sich der Satellit über das Haus des Teilnehmers bewegt. Wenn sich eine solche Roadmap im Speicher des Teilnehmerterminals befindet, ist es möglich, eine nahtlose Kommunikation und kontinuierliche Videoanzeige im Internet bereitzustellen.



Dies erhöht natürlich die Komplexität der Ausstattung von Gateways, Teilnehmerterminals und des gesamten Netzwerks, was eine kontinuierliche Steuerung durch das Control Center erfordert und den synchronen Betrieb aller Gateways und Teilnehmerendgeräte aufrechterhält.



Aus allgemeinen Gründen eignet sich die erste dedizierte Kanalmethode besser zur Organisation der Kommunikation für militärische / staatliche Aufgaben und die zweite zur Bereitstellung von Diensten für normale gewerbliche Kunden. Derzeit gibt es keine Informationen darüber, welche Zugriffsmethode auf das Raumsegment und seine Details im Starlink-System verwendet werden. Da das ursprüngliche Starlink-Projekt jedoch von Mitarbeitern von Broadcom durchgeführt wurde, einem auf terrestrisches Breitband und 5G spezialisierten Unternehmen, können ihnen Zugriffsprotokolle entnommen werden.



Am 29. September sandte SpaceX einen Brief an die FCC, in dem er den Kommentaren von ViaSat zu seinem Antrag auf Änderung des StarLink-Netzwerks widersprach. Dieser Brief liefert erstmals Daten zum Format des Satellitenkanals auf der Leitung an das Teilnehmerterminal:



Bis vor kurzem hatte das Netzwerk Benutzerterminals in Gruppen von zusammengefasst 8 pro Funkrahmen, anstelle der 20 Terminals pro Funkrahmen, die das System unterstützt. Diese Betriebsoption soll die fortlaufende Optimierung und das Testen des Netzwerks unterstützen, hat jedoch zur Folge, dass für einen bestimmten Benutzer in einer voll geladenen Zelle eine 2,5-mal längere Verzögerung zwischen Funkrahmen eingeführt wird, die den kleineren Gruppengrößen entspricht. Wichtig ist, dass diese Softwarefunktion gerade aktiviert wurde und speziell zur Optimierung der Geschwindigkeit in stark besiedelten Zellen entwickelt wurde, um den Durchsatz um das 2,5-fache zu erhöhen.



Basierend auf diesem Absatz können wir schließen, dass der Kanal die TDM-Zugriffsmethode verwendet.



Informationen zu Ergänzungen zu zuvor veröffentlichten Materialien
1. 14/12/20 , 14 2020 . — SpaceX , 50-



8. " 14/11/20 Starlink RIDGELINE MOUNT

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