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Tout sur le projet Internet par satellite Starlink. Partie 13. Retard du réseau satellite et méthodes d'accès aux fréquences radio

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Retard satellite sur le réseau SpaceX



La latence (latence anglaise), ou ping, est un énorme avantage pour les réseaux satellitaires en orbite basse sur les réseaux en orbite géostationnaire (OSG, 36 000 km au-dessus de la Terre). Pour l'OSG, le délai unidirectionnel est de 600 à 800 millisecondes et est déterminé par le moment où le signal radio atteint le satellite et revient sur Terre. Ping est égal à deux fois le temps de retard. La grande latence pose non seulement de gros problèmes pour des applications Internet critiques telles que les tunnels VPN, le bureau à distance et même les conversations téléphoniques, sans parler des jeux de tir sur ordinateur, mais réduit également considérablement la vitesse de transmission des informations via le protocole IP dans le canal, indépendamment sur sa bande passante physique formelle.



Figure: Taux de transfert d'informations via le protocole IP en fonction du temps de retard pour les canaux de bande passante différente.



C'est la faible latence (ping) qui est un élément clé des réseaux LEO et leur principal avantage par rapport aux satellites fonctionnant en orbite géostationnaire. Il est essentiel pour SpaceX d'avoir un ping de moins de 100 millisecondes, qui est un critère pour la FCC lors de l'examen des demandes de subventions du budget pour connecter les abonnés dans les zones rurales (programme RDOF). Avec un délai plus long, il est presque impossible d'obtenir cette subvention. Si nous parlons de la quantité de retard, alors pour l'abonné, il est formé du retard dans le réseau satellite (entre la passerelle et le terminal de l'abonné) et du retard dans le réseau terrestre - de la passerelle au NCC du réseau Starlink - le point d'échange de trafic et le site dont l'abonné a besoin.



Le retard dans un segment de satellite se compose de trois éléments:



  1. Retard dans l'espace (il y a un retard de 3-4 millisecondes),
  2. Délai matériel lors de la modulation et de la démodulation du trafic IP en un signal radio (c'est 5-20 millisecondes),
  3. Retard dans l'attribution NCC d'une place dans une trame (supertrame) pour la transmission du trafic depuis une passerelle / un terminal. Pour un certain nombre de modes de fonctionnement, par exemple, dans le cas de l'utilisation de fréquences dans le mode d'un canal dédié, ce retard peut être égal à zéro. Pour les modes d'accès multiple par répartition dans le temps (TDM), ce délai peut être de plusieurs dizaines de millisecondes.




En relation avec ce qui précède, les hypothèses de certains auteurs selon lesquelles le transfert d'informations à des fins de négociation en bourse dans le réseau Starlink peut être plus rapide que dans les réseaux optiques terrestres, en raison de l'utilisation de plusieurs sauts via satellite, sont sans équivoque erronées - en raison de l'accumulation d'erreurs matérielles à l'atterrissage sur la passerelle et une nouvelle ascension vers le satellite.



Le 29 septembre 2020, SpaceX a envoyé une lettre à la FCC, dans laquelle elle citait les données obtenues lors du test bêta fermé des terminaux d'abonnés en août-septembre 2020. La lettre contient le calendrier suivant pour un test hebdomadaire d'un groupe de 30 terminaux, avec des transferts de fichiers dans les 15 secondes. Plus d'un million de mesures de temps de retard ont été effectuées.





Comme vous pouvez le voir sur le graphique, dans 95% des cas, le délai était inférieur à 42 millisecondes, et en 50% inférieur à 30 ms, ce qui correspond parfaitement aux exigences du programme RDOF, mais peut difficilement être utilisé pour organiser des échanges d'échange haute fréquence ...



Méthodes d'accès au spectre RF





Parmi les modes d'accès du terminal d'abonné au spectre radiofréquence sur le satellite, on distingue:



  1. Avec attribution permanente de la bande de fréquence au terminal.
  2. Demande d'accès multiple attribué.


La première méthode est beaucoup plus simple dans la mise en œuvre matérielle, tandis qu'une certaine partie du spectre de fréquences sur le satellite est attribuée à chaque terminal.





Figure: Spectrogramme de l'utilisation de la ressource fréquentielle dans le mode d'un canal dédié du SCPC - Single Channel per Carrier type.



L'avantage de cette méthode est la rapidité d'établissement d'une connexion - dès que l'antenne du terminal pointe vers le satellite, la transmission d'informations vers la passerelle peut commencer. L'inconvénient de cette méthode est que le segment satellite est utilisé de manière irrationnelle, car la plupart du temps le terminal d'abonné ne transmet pas d'informations, le rendement (ou taux d'utilisation) d'un tel canal dépasse rarement 5%. Ainsi, par exemple, si le plan de service réseau Starlink promet à un abonné une vitesse de 100/40 Mbit / s, le nombre maximum d'abonnés lors de l'utilisation du mode canal dédié sera de 6 Gb / 100 Mbit = 60 abonnés, ce qui rend le réseau profondément non rentable.



Le deuxième principe est l'accès de plusieurs abonnés à un canal de fréquence avec division temporelle ou fréquentielle.



Les méthodes avec accès de groupe (TDMA - Time Division Multiple Access, FDMA - Frequency Division Multiple Access, etc.), malgré la complexité de leur mise en œuvre et les exigences de synchronisation dans l'envoi de paquets depuis les terminaux d'abonnés, permettent une utilisation plusieurs dizaines de fois plus efficace de la gamme de fréquences du réseau et transmettre des dizaines de fois plus d'informations (trafic d'abonnés).





Figure: Schéma d'accès à une ressource de fréquence satellite utilisant l'accès de groupe TDM / TDMA.



Un autre avantage de ces systèmes est qu'il est possible de faire varier le taux de transfert de données vers un terminal séparé dans une large plage - le système vous permet de rediriger presque toute la bande passante de la station passerelle vers un terminal d'abonné. Cependant, cela augmente considérablement le délai de transmission, car le centre de contrôle du réseau (NCC) est chargé d'attribuer l'heure et le lieu dans la trame pour l'envoi du paquet par le terminal d'abonné, et d'abord les informations auxquelles le terminal d'abonné X veut se mettre en ligne et commencer la transmission. Le NCC, pour y être traité, doit déterminer la présence de créneaux libres dans la trame sur le satellite le plus proche (et dans le cas de sa pleine charge - sur un autre), et les informations sur les fréquences libres seront transmises à la passerelle, et de celle-ci au terminal abonné.Ce n'est qu'après cela qu'ils peuvent commencer à émettre, et sur cette fréquence, le terminal d'abonné ne transmettra que le temps qu'il se trouve dans un mini-spot avec une polarisation et des fréquences données, c'est-à-dire pas plus de 6-7 secondes, après quoi le terminal tombera dans la zone d'un autre mini-faisceau, avec différentes fréquences et / ou polarisations. Il est optimal que les informations sur le volume de trafic requis par l'abonné soient rapportées au préalable au NCC, et ce dernier pourra réserver des créneaux dans la trame pour ce terminal dans tous les mini-spots dans lesquels tombera le terminal d'abonné lorsque le satellite se déplacera au-dessus de la maison de l'abonné. Si une telle feuille de route existe dans la mémoire du terminal d'abonné, il sera possible de fournir une communication transparente et une visualisation vidéo continue sur Internet.alors qu'il est dans un mini-spot avec une polarisation et des fréquences données, c'est-à-dire pas plus de 6-7 secondes, après quoi le terminal tombera dans la zone d'un autre mini-faisceau, avec des fréquences et / ou polarisations différentes. Il est optimal que les informations sur le volume de trafic requis par l'abonné soient rapportées au préalable au NCC, et ce dernier pourra réserver des créneaux dans la trame pour ce terminal dans tous les mini-spots dans lesquels tombera le terminal d'abonné lorsque le satellite se déplacera au-dessus de la maison de l'abonné. Si une telle feuille de route existe dans la mémoire du terminal d'abonné, il sera possible de fournir une communication transparente et une visualisation vidéo continue sur Internet.alors qu'il est dans un mini-spot avec une polarisation et des fréquences données, c'est-à-dire pas plus de 6-7 secondes, après quoi le terminal tombera dans la zone d'un autre mini-faisceau, avec des fréquences et / ou polarisations différentes. Il est optimal que les informations sur le volume de trafic requis par l'abonné soient rapportées à l'avance au NCC, et ce dernier pourra réserver des créneaux dans la trame pour ce terminal dans tous les mini-spots dans lesquels le terminal d'abonné tombera lorsque le satellite se déplacera au-dessus de la maison de l'abonné. Si une telle feuille de route existe dans la mémoire du terminal d'abonné, il sera possible de fournir une communication transparente et une visualisation vidéo continue sur Internet.sera notifié à l'avance au NCC, et celui-ci pourra réserver des créneaux horaires dans la trame de ce terminal dans tous les mini-spots dans lesquels tombera le terminal d'abonné lorsque le satellite survolera la maison de l'abonné. Si une telle feuille de route existe dans la mémoire du terminal d'abonné, il sera possible de fournir une communication transparente et une visualisation vidéo continue sur Internet.sera notifié à l'avance au NCC, et celui-ci pourra réserver des créneaux horaires dans la trame de ce terminal dans tous les mini-spots dans lesquels tombera le terminal d'abonné lorsque le satellite survolera la maison de l'abonné. Si une telle feuille de route existe dans la mémoire du terminal d'abonné, il sera possible de fournir une communication transparente et une visualisation vidéo continue sur Internet.



Naturellement, cela augmente la complexité de l'équipement des passerelles, des terminaux d'abonnés et de l'ensemble du réseau, nécessitant un contrôle continu depuis le centre de contrôle, maintenant le fonctionnement synchrone de toutes les passerelles et terminaux d'abonnés.



Pour des raisons générales, le premier procédé de canal dédié est plus approprié pour organiser des communications pour des tâches militaires / gouvernementales, et le second est pour fournir des services à des clients commerciaux ordinaires. Il n'y a actuellement aucune information sur la méthode d'accès au segment spatial et ses détails qui seront utilisés dans le système Starlink. Cependant, étant donné que le projet Starlink original a été réalisé par des personnes de Broadcom, une entreprise spécialisée dans le haut débit terrestre et la 5G, des protocoles d'accès peuvent leur être empruntés.



Le 29 septembre, SpaceX a envoyé une lettre à la FCC, contrant les commentaires de ViaSat sur sa demande de changement de réseau StarLink, cette lettre fournit pour la première fois des données sur le format de la chaîne satellite sur la ligne du terminal d'abonné:



Jusqu'à récemment, le réseau regroupait les terminaux d'utilisateurs en groupes de 8 par trame radio, au lieu des 20 terminaux par trame radio que le système prend en charge. Ce choix de fonctionnement est de prendre en charge l'optimisation et les tests continus du réseau mais a pour conséquence d'introduire un délai 2,5 fois plus long entre les trames radio pour un utilisateur donné dans une cellule entièrement chargée, correspondant aux tailles de groupe plus petites. Surtout, cette fonctionnalité logicielle vient d'être activée et est spécialement conçue pour optimiser les vitesses dans les cellules très peuplées, augmentant le débit d'environ 2,5 fois.



Sur la base de ce paragraphe, nous pouvons conclure que le canal utilise la méthode d'accès TDM.



Informations sur les ajouts aux documents déjà publiés
1. 14/12/20 , 14 2020 . — SpaceX , 50-



8. " 14/11/20 Starlink RIDGELINE MOUNT

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