ZASTOSOWANIA ŁĄCZNOŚCI SATELITARNEJ NA OBSZARACH OTWARTYCH

Transkrypt

1 ZASTOSOWANIA ŁĄCZNOŚCI SATELITARNEJ NA OBSZARACH OTWARTYCH Łączność satelitarna na terenach otwartych jest moŝliwa zarówno przy wykorzystaniu satelitów geostacjonarnych (GEO), jak i niskoorbitowych (LEO). W tym pierwszym przypadku, najbardziej popularne obecnie są systemy Inmarsat. Systemy Inmarsat Systemy Inmarsat powstały jako sieć globalna, słuŝąca głównie komunikacji morskiej i spajająca istniejące juŝ systemy łączności ratunkowej (SafetyNET, NAVTEX). Dalsza rozbudowa pozwoliła rozszerzyć zastosowanie sieci równieŝ na komunikację lądową. Inmarsat, jako firma międzynarodowa, świadczy szereg usług telekomunikacyjnych, głównie łączność telefoniczną, faks, dostęp do sieci Internet i szereg specjalistycznych usług dla jednostek morskich i lotniczych. Inmarsat posiada 10 satelitów GEO umieszczonych na orbicie w przeciągu ostatnich 16 lat (generacje I-2 i I-3 oraz dwa satelity I-4). Satelity te pozwalają uzyskać zasięg światowy do szerokości geograficznej 70 zarówno na półkuli północnej jak i południowej. Projektowany był równieŝ system Inmarsat P, oparty na satelitach krąŝących po orbitach o wysokości około 10 tys. kilometrów, ale nie został on uruchomiony. Satelita Inmarsat I-4. Źródło: ESA ( Satelity I-2 i I-3 wykorzystują satelitarne pasma częstotliwości L (1-2 GHz) i C (4-8 GHz). Najstarszy system, Inmarsat A, został wprowadzony w 1982 roku. Był to jeszcze system analogowy, przez co dość podatny na zakłócenia atmosferyczne. Zapewniał podstawowe usługi, tj. łączność radiotelefoniczną, dalekopisową (Telex), faks oraz transmisję danych. Wszystkie następne systemy były juŝ cyfrowe. Obecnie firma oferuje szeroką gamę rozwiązań, od systemów transmisji danych i głosu z szybkością 2.4 kbit/s aŝ po techniki ISDN (Integrated Services Digital Network) przepustowości kilkuset kbit/s. Wśród terminali moŝna znaleźć zarówno waŝące kilkadziesiąt kilogramów aparaty stacjonarne (np. Inmarsat Fleet), przeznaczone dla jednostek morskich, jak i wersje przenośne (Inmarsat Mini-M) w rozmiarze laptopa. Proponowane usługi to połączenia telefoniczne, faks, transmisja danych i dostęp do Internetu, a takŝe typowo morskie związane z komunikacją między załogą i serwisami meteorologicznymi. Średnice anten wynoszą od 30 do 90 centymetrów. W niektórych wariantach moŝliwe są dodatkowe przystawki HSD zwiększające szybkość transmisji danych wykorzystujące połączenia ze stacjami znajdującymi się na wybrzeŝu. W roku 2005, na orbitę GEO zostały wyniesione dwa satelity nowej generacji Inmarsatu I-4. Za pomocą satelitów I-4, Inmarsat rozpoczął świadczenie usług transmisji głosu, obrazu i danych z szybkością do 492 kbit/s. Systemy GEO o zasięgu regionalnym Istnieją równieŝ systemy satelitarne działające w oparciu o satelity geostacjonarne, ale świadczące usługi tylko w pewnym regionie geograficznym. Przykładem jest Thuraya system naleŝący do konsorcjum firm z Bliskiego Wschodu. Thuraya wykorzystuje dwa, nadające z duŝą mocą satelity GEO, wyposaŝone w wielowiązkowe anteny umoŝliwiające łączność na terenie Europy, Bliskiego Wschodu, części Azji oraz w Północnej i Środkowej Afryce. Terminale Thuraya to przenośne telefony, które mogą równieŝ korzystać z lokalnych sieci GSM, jak równieŝ wyznaczać pozycję abonenta przy pomocy zainstalowanego modułu GPS. MoŜliwa jest równieŝ łączność z siecią Internet z telefonu lub przy uŝyciu przenośnego modemu (szybkość transmisji do 144 kbit/s), który moŝna dołączyć do laptopa. Podobną funkcję spełnia system AceS. Geostacjonarny satelita o duŝej mocy Garuda-1 pozwala na łączność z obszarów Południowo-Wschodniej Azji, w Indiach, Chinach i Australii. RównieŜ tutaj do dyspozycji są niewielkie telefony, które są w stanie korzystać z naziemnych sieci GSM, a takŝe większe, przenośne terminale umoŝliwiające dostęp do Internetu (szybkość transmisji do 256 kbit/s).

2 Zasięg działania systemu Thuraya. Źródło: Systemy niskoorbitowe LEO Systemy Inmarsat mają kilka zasadniczych wad wynikających z konieczności prowadzenia łączności przez satelity GEO. Wysokość orbit ( km) sprawia, Ŝe ta łączność wiąŝe się z bardzo duŝymi opóźnieniami transmisja sygnału radiowego na orbitę GEO i z powrotem to około ćwierć sekundy. Opóźnienia te są bardzo nieprzyjemne dla osób korzystających z łączności telefonicznej, pogarszają równieŝ jakość transmisji danych z sieci Internet. Co więcej, zasięg satelitów GEO jest ograniczony do niskich i średnich szerokości geograficznych. Łączność z satelitami na orbitach GEO wymaga równieŝ duŝych mocy nadawczych lub duŝych rozmiarów anten, co oznacza, Ŝe trudno jest stworzyć miniaturowy, przenośny terminal uŝytkownika. Wyjątkiem są tutaj regionalne systemy Thuraya i AceS, których satelity nadają sygnał z bardzo duŝą mocą i wykorzystują anteny wielowiązkowe o duŝych zyskach kierunkowych. Wady te nie występują w przypadku systemów łączności satelitarnej opartych o satelity LEO. Satelity te krąŝą na wysokościach od 500 do 2000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi, co oznacza, Ŝe czas transmisji sygnału radiowego Ziemia-satelita-Ziemia nie przekracza 20 milisekund. RównieŜ moce nadawcze terminali i rozmiary ich anten mogą być odpowiednio mniejsze. Jednak w przypadku systemu LEO, liczba satelitów w konstelacji musi być duŝa satelity te szybko okrąŝają kulę ziemską, a więc jedynie przez krótki czas pozostają widoczne dla uŝytkownika znajdującego się na powierzchni Ziemi. Z tego powodu, system musi uwzględniać moŝliwość przejęcia transmisji prowadzonej przez danego uŝytkownika przez kolejnego satelitę, gdy poprzedni znika za horyzontem. DuŜa liczba satelitów zwiększa oczywiście koszt zbudowania i utrzymania systemu. Opisane poniŝej systemy Iridium i Globalstar nie odniosły sukcesu komercyjnego. Co więcej, oba te systemy przeszły przez etap bankructwa i zostały sprzedane za ułamek swojej początkowej wartości. Jednak obie te sieci telekomunikacyjne nadal funkcjonują i oferują swoje usługi. Iridium System ten to projekt Motoroli uruchomiony 1 listopada 1998 roku. Wstępnie miał bazować na 77 satelitach i dodatkowo 7 zapasowych - stąd nazwa pochodząca od pierwiastka o liczbie atomowej 77. Później liczbę satelitów zmniejszono do 66 i 6 zapasowych, stara nazwa jednak pozostała pierwiastek o liczbie atomowej 66 to Dysprosium, co w języku łacińskim oznacza "złe podejście". Satelity Iridium krąŝą po orbitach o wysokości 780 km i inklinacji (kącie między płaszczyzną orbity i płaszczyzną równika) równej Taki dobór parametrów orbity sprawia, Ŝe sieć Iridium umoŝliwia łączność z kaŝdego miejsca na kuli ziemskiej. PoniewaŜ prędkość kaŝdego satelity względem powierzchni Ziemi to około 24 tys. km/h, jest on widoczny z danego miejsca na Ziemi jedynie przez około 11 minut. Konieczne są więc częste zmiany satelity, który obsługuje danego uŝytkownika. Pojedynczy satelita obsługuje obszar na Ziemi o Wizualizacja konstelacji satelitów Iridium. Źródło:

3 promieniu około 1500 km. Warto dodać, Ŝe satelity Iridium są w stanie komunikować się między sobą za pomocą tzw. łączy międzysatelitarnych ISL (Inter Satellite Links). Iridium zapewnia swoim uŝytkownikom transmisję głosu i danych (2.4 kbit/s), faksów i tzw. przywoływanie alfanumeryczne. Terminale są niewielkie - ich waga nie przekracza 0.5 kg. Konsorcjum Iridium Satellite LLC, będące obecnie właścicielem sieci, ma stały kontrakt z Departamentem Obrony USA na 20 tys. uŝytkowników sieci. Poza tym, usługi świadczone są głównie firmom, dla których łączność satelitarna jest niezbędna (transport morski, lotnictwo), oraz organizacjom pozarządowym, choć oczywiście terminal Iridium moŝe teŝ kupić dowolna osoba prywatna. Satelity Iridium są czasem widoczne z powierzchni Ziemi. Na niebie moŝna zaobserwować rozbłyski odbicia promieni słonecznych od aluminiowych anten satelitów. Satelita Iridium. Źródło: Rozbłysk na niebie będący odbiciem promieni słonecznych od anten satelity Iridium. Źródło: Globalstar Satelita Globalstar Źródło: Globalstar to system konkurencyjny wobec Iridium. Za początek jego działalności naleŝy uwaŝać rok 1999, sam projekt powstał w 1994 roku. Konstelacja satelitarna składa się z 48 satelitów aktywnych i 8 zapasowych. Ich orbity mają wysokość 1414 km i inklinację 52. Oznacza to, Ŝe pomimo zastosowania orbit LEO, zasięg systemu jest ograniczony do niskich i średnich szerokości geograficznych satelity Globalstar nie są widoczne z okolic podbiegunowych. Konstrukcja satelitów Globalstar jest prostsza niŝ w przypadku Iridium. Satelity Globalstar jedynie retransmitują sygnały uŝytkowników na powierzchnię Ziemi, do najbliŝszych stacji bazowych systemu, gdzie następuje dalsza część obsługi uŝytkowników. Taka koncepcja sieci oznacza konieczność istnienia rozbudowanego naziemnego segmentu systemu. W skład tego segmentu wchodzą stacje bazowe i centra kontrolne. Stacje bazowe odbierają i nadają sygnały do terminali abonenckich. Natomiast centra kontrolne nadzorują ruch satelitów, kontrolują działania stacji bazowych, a takŝe planują i przydzielają satelitarne łącza radiowe poszczególnym stacjom bazowym. Wszystkie stacje bazowe i centra kontrolne połączone są telekomunikacyjną siecią szkieletową. Sieć Globalstar znajduje się obecnie pod kontrolą firmy Thermo Capital Partners LLC. Usługi świadczone abonentom sieci są analogiczne do usług oferowanych przez operatorów sieci GSM, a więc jest to przede wszystkim łączność telefoniczna i transmisja danych. Przyszłość systemów łączności na obszarach otwartych Niezaprzeczalną zaletą łączności satelitarnej jest jej dostępność. Instalacja terminala abonenckiego pociąga za sobą pewne, czasem spore koszty, jednak jest duŝo prostsza i szybsza niŝ kładzenie kabli, zwłaszcza na terenach o małej gęstości zaludnienia. Co więcej, na statkach lub w samolotach łączność kablowa nie jest w ogóle moŝliwa. Podobną przewagę mają systemy osobiste (S-PCN) - rozmowę telefoniczną w systemie o zasięgu globalnym moŝna prowadzić z dowolnego zakątka świata, nie przejmując się jakimkolwiek łączem kablowym czy teŝ zasięgiem najbliŝszej sieci GSM.

4 Z drugiej strony, większość komercyjnych przedsięwzięć budowy sieci transmisji danych opartych na satelitach LEO skończyła się niepowodzeniami. Zrezygnowano równieŝ z włączenia segmentu satelitarnego do sieci komórkowej 3-ciej generacji UMTS. MoŜna jednak pokusić się o hipotezę, Ŝe pomysły systemów S-PCN powrócą w najbliŝszej przyszłości. Ludzie coraz częściej podróŝują, są coraz bardziej mobilni. JuŜ nie tylko przedstawiciele firm handlowych, ale równieŝ osoby prywatne nie chcą tracić łączności ze światem będąc w długiej podróŝy lub w mniej cywilizowanych regionach. Jednocześnie pojawiają się coraz częstsze głosy o wsparcie rewolucji technicznej w krajach Trzeciego Świata. Pozwoliłoby to tym państwom nadgonić poziom technologiczny krajów zachodnich. Takie przedsięwzięcie mogłoby zostać zrealizowane właśnie jako satelitarny system łączności telefonicznej i dostępu do Internetu. W dalszej przyszłości, moŝna przewidywać powstanie globalnej satelitarnej sieci telekomunikacyjnej będącej dopełnieniem naziemnej sieci Internet. JeŜeli powszechnym ma się stać mobilny dostęp do Internetu, to sieć satelitarna stanowiłaby logiczne uzupełnienie sieci naziemnej. Taka sieć powinna być zbudowana w oparciu o satelity LEO, aby zapewnić małe opóźnienia w łączności Ziemia-satelita. Informacje w sieci powinny być przesyłane jako pakiety z danymi, a satelity powinny pełnić funkcje ruterów pracujących zgodnie z protokołami TCP/IP podobnie jak ma to miejsce w obecnie działającej sieci Internet. JuŜ kilkanaście lat temu powstał projekt Teledesic sieć 840 satelitów LEO uzupełniających naziemną sieć internetową. Projekt ten nie został zrealizowany właśnie z powodów finansowych. Wtedy na taki projekt było za wcześnie. Obecnie podobne pomysły mają juŝ większe szanse powodzenia. Choć oczywiście, historia moŝe się potoczyć podobnie jak w przypadku telefonii komórkowej. Satelitarne sieci telefoniczne szybko przegrały batalię o klientów z naziemnymi sieciami komórkowymi. Projekt konstelacji 840 satelitów Teledesic. Źródło: Łączność na obszarach otwartych w Polsce Polska nie naleŝy do szczególnie istotnych rynków z punktu widzenia firm telekomunikacyjnych oferujących usługi łączności satelitarnej. Oczywiście, moŝna w Polsce kupić telefon Iridium lub zestaw do łączności w systemie Inmarsat. Jednak w Polsce istnieje juŝ dobrze rozwinięta infrastruktura kablowa, jak równieŝ sieci radiowe operatorów GSM i UMTS. Nie ma teŝ w Polsce terenów niedostępnych lub bardzo słabo zaludnionych, gdzie budowa sieci naziemnych byłaby nieopłacalna. Głównymi klientami sieci Inmarsat pozostają jednostki morskie, będące często poza zasięgiem stacji GSM zlokalizowanych na wybrzeŝu. Łączność na obszarach otwartych bariery Zarówno sieć Iridium jak i Globalstar nie były w stanie pozyskać takiej liczby klientów, aby stać się opłacalnym przedsięwzięciem ekonomicznym. RównieŜ inne, planowane sieci S-PCN nie zostały zrealizowane, głównie z powodów finansowych. Pomysły ICO, Odyssey, Skybridge, Teledesic i Celestri zostały odwołane. Sieci te projektowane były z duŝym rozmachem. Przewidywano transmisję szerokopasmową, czyli przepustowości 2 Mbit/s i większe. Mówiono o kanałach 20 Mbit/s i jego wielokrotnościach (Skybridge), a takŝe o 155 Mbit/s (Celestri). Pojemności największych sieci szacowano na miliony i dziesiątki milionów uŝytkowników. Z pewnością decydujący był tutaj czynnik finansowy. Uruchomienie globalnej sieci satelitarnej to koszt od kilku do kilkunastu miliardów dolarów. Pieniądze te muszą się zwrócić, co oznacza wysokie ceny usług oferowanych uŝytkownikom. Ceny te mogłyby spaść przy duŝej liczbie klientów, ale kwoty, jeŝeli są z początku wysokie, zniechęcają firmy i indywidualnych odbiorców do korzystania z łączności przez satelitę. Jednocześnie sieci satelitarne mają obecnie duŝą konkurencję, nawet w terenach słabo zurbanizowanych, a zwłaszcza w duŝych miastach. W dziedzinie telefonii ruchomej dominują sieci GSM, duŝo tańsze w budowie. Dostęp do Internetu oferuje wielu operatorów bazujących na sieciach naziemnych i radiowych, dzięki technice światłowodowej dostęp ten jest coraz szybszy, moŝliwy w nowych regionach, a oferty są coraz bardziej konkurencyjne. W takiej sytuacji przetrwać mogą przede wszystkim te systemy, które etap rozwoju mają juŝ za sobą i ich pozycja na rynku jest ustalona. Są równieŝ pewne specyficzne funkcje i usługi, które zdecydowanie najprościej

5 jest zrealizować właśnie przez satelitę. Przykładem moŝe być tworzenie sieci prywatnej z jednostek rozproszonych na duŝych obszarze (w czym świetnie sprawdzają się systemy VSAT) lub zapewnianie podstawowej łączności morskiej, co stało się domeną konsorcjum Inmarsat. Istnieją teŝ miejsca, gdzie dostęp do sieci telefonicznych czy Internet nie jest moŝliwy w inny sposób niŝ przez satelitę ze względu na specyficzne połoŝenie geograficzne. Jednak przypadków takich nie jest wiele, dlatego jest to raczej rynek dla mniejszych firm dzierŝawiących łącze satelitarne i świadczących określone usługi. Gdy będą powstawać przyszłe projekty sieci satelitarnych, waŝne jest, aby wpierał je inwestor ze sporym zapasem cierpliwości i gotówki w kieszeni. Projektowany system musi być konkurencyjny cenowo do istniejących rozwiązań naziemnych, musi dostosowywać się do oczekiwań klientów i być przygotowany na początkowy okres małego zainteresowania swoimi usługami. Opracowanie: P. Kułakowski