«Скрізь на зв'язку»: Інтернет на воді, у повітрі та космосі

За даними останнього прес-релізу Міжнародного союзу електрозв'язку (МСЕ), кількість користувачів інтернету у світі становить 3,5 мільярда людей. В період з 2000 по 2015 рік їх кількість збільшилася з 6,5 до 43% світового населення.

Ми звикли до того, що маємо постійний доступ до Мережі. Але як йдуть справи з доставкою зв'язку в «важкодоступні» місця? Про це ми і поговоримо сьогодні.


/ Flickr / Geoff Stearns / CC

Вода
Інтернет у море — це не те ж саме, що інтернет на материку. Однак він там є. Найбільш популярний спосіб доставки інтернету на кораблі — супутниковий зв'язок. Пряме з'єднання здійснюється за допомогою спеціалізованого апаратного забезпечення, встановленого на судні.

Наприклад, кілька років тому компанія «Білайн» налаштувала супутникову систему на теплоході. Була встановлена одностороння тарілка зі стабілізаторами і поворотними механізмами, щоб нівелювати вплив хитавиці і відстежувати супутник під час руху судна. Для організації вихідного каналу використовували ряд 3G-модемів.

Ключовий елемент комплексу — односпрямована антена Tracvision M9. DVB-потік з антени надходить на картку DVB-S2 PCI, встановлену в звичайний персональний комп'ютер. Балансувальник навантаження був побудований на базі VMware ESXi, всередині якого були розгорнуті дві віртуальні машини: балансувальник на Vyatta і кеш-сервер на Debian. Після цього по теплоходу був розтягнутий 5e кабель для підключення бездротових точок доступу з живленням від комутаторів Cisco, вкрили майже всі робочі зони судна.

Повітря
Що стосується повітряної стихії, то до літака інтернет може дістатися двома способами:



За схемою «повітря – земля»

У цьому разі на землі будуються спеціальні базові станції з направленими вгору антенами. При цьому на борту літака розташовується 3G-роутер, який переключається з однієї станції на іншу, забезпечуючи нерозривний зв'язок. Плюсом такої інфраструктури є можливість використання вже готових стільникових мереж, а оскільки маршрути польотів заздалегідь відомі, то це дозволяє знизити кількість необхідних антен — одна базова станція здатна покрити близько 100 кв. км площі.

Слабке місце — втрата зв'язку при прольоті над акваторією. Це не дозволяє використовувати таку схему під час міжконтинентальних перельотів. Наступний варіант підключення позбавлений цього недоліку.



Супутниковий зв'язок

Між «земним» інтернетом і мережею літака з'являється посередник — супутник, розташований на геостаціонарній орбіті, чий сигнал покриває площу в декілька сотень тисяч кв. км. Інтернет-оператор орендує смугу у супутникового оператора і транслює трафік на літаки.

Передача ведеться в різних діапазонах. Більшість операторів використовують короткі хвилі (більше 10 ГГц) і Ku-діапазон (від 12 до 18 ГГц) — це дозволяє зберегти низьку вартість і забезпечити високу швидкість передачі даних (50 Мбіт/с). Збільшити швидкість здатні супутники з Ka-транспондерами (діапазон 30/20 ГГц). В даний час їх використовують Eutelsat на території Європи, Viasat і Hughes в Північній Америці. Також їх мають російські супутники «Експрес АМ4», «Експрес-АМ5» і «Експрес-АМ6».

Але незважаючи на це, швидкості 50 Мб/с недостатньо для комфортної роботи 100 пасажирів літака. Доводиться вдаватися до систем оптимізації каналу — наприклад, глибокому аналізу трафіку (DPI).



DPI-системи дозволяють аналізувати трафік, складати звіти по використовуваних протоколів і додатків і оцінювати найбільш відвідувані ресурси. Наприклад, згідно з дослідженням MVNO, трьома найбільш популярними застосуваннями інтернет-смуги на борту літака залишаються Facebook, iMessage і веб-серфінг.

DPI-системи дозволяють блокувати роботу деяких протоколів: VOIP-зв'язку (Skype, FaceTime), щоб розмови одного пасажира не заважали іншим, або онлайн-відео (YouTube, Netflix тощо), оскільки вони створюють значне навантаження на смугу пропускання. Додатково зазначимо, що глибокий аналіз трафіку здатний захистити пристрої користувачів під час польоту від атак зловмисників.

Космос
Космос має свої незаперечні переваги. Але швидкісний інтернет — не одне з них. словами космонавта Скотта Келлі (Scott Kelly), «інтернет на МКС набагато гірше, ніж був Dial-Up». Інтернет у космосі базується на мережі для відстеження супутників — цими ж засобами комунікації інженери НАСА користуються для спілкування з космонавтами.

НАСА Deep Space Network (DSN) — це інтернаціональна мережа з антен, яка забезпечує зв'язок між інженерами і вченими на Землі і місіями в космосі. DSN складається з трьох комплексів, «розкиданих» по всій планеті: в пустелі Мохаве, США, недалеко від Мадрида, Іспанія, і недалеко від Канберри, Австралія. Таке розташування дозволяє не випускати МКС із зони видимості.

DNS-антени дуже великі, і їх розміри досягають 70 метрів. Чим більше антена, тим сильніший сигнал, і тим більшу кількість інформації вона здатна передавати. Зазвичай найбільші ретранслятори DSN задіюються тільки при надзвичайних ситуаціях. Для більшості космічних апаратів достатньо використання менших (більш економічних) антен, як це було під час польоту Марсіанської наукової лабораторії.

Низька швидкість інтернету в першу чергу пов'язана з відстанню, яку доводиться долати даними. Коли космонавт клікає на посилання, запит пролітає приблизно 35 тис. км від Землі до мережі геосинхронних супутників. Після цього супутники відправляють відповідь вниз на приймач, обробляє його перед трансляцією на МКС.

«Космонавти підключаються не до інтернету — вони підключаються до комп'ютера, який підключений до інтернету, — розповідає Роберт Фрост (Robert Frost), що займається підготовкою космонавтів для місій на МКС. — Дзеркалювання виконано в цілях безпеки. Це дозволяє екіпажу переглядати контент, не ризикуючи дістати шкідливе ПЗ на борт станції».

У зв'язку з цим спостерігаються певні затримки при зверненні до сайтів. «Але не все так погано, — отмечает Ден Хуот (Dan Huot), представник НАСА. – У нас є можливість передавати в обидві сторони «важкі» відеофайли. Кожен день ми передаємо туди-сюди гігабайти відеозаписів з камер спостереження, і це не викликає серйозного навантаження на систему». У вільний час команда навіть може дивитися телевізійні шоу або фільми.

Інженери постійно працюють над поліпшенням якості з'єднання. В цьому році НАСА сделало крок у бік створення SSI — Solar System Internet, встановивши сервіс DTN — Delay/Disruption Tolerant Networking на МКС. Рішення повинно автоматизувати і підвищити доступність даних для космічних експериментів і привести до більш оптимального використання пропускного каналу.

У мережі DTN дані від додатків представляються у вигляді повідомлень довільної довжини і перетворюються в спеціальні пакети для пересилання в гетерогенних мережах. Кожна така посилка складається з блоків, що містять дані додатків, так і команди для доставки.

Тут, як і в IP-мережах, використовується принцип «збережи і передай», що передбачає збереження пакетів при неможливості їх передачі. Тільки у разі DTN час зберігання набагато більше, оскільки існує висока ймовірність, що канал в момент передачі може виявитися недоступний.

На борту МКС функціональність DTN була додана в Telescience Resource Kit (TReK) — програмний дослідний комплекс для передачі даних між операційними центрами. Це має підвищити якість роботи важливих для місії додатків.

Перше застосування сервісу підштовхнуло світ до створення інтернету, працюючого в межах сонячної системи, в якому МКС буде відігравати важливу роль. Більш того, в майбутньому DTN дозволить звертатися і в ті зони на планеті, де звичайні засоби комунікації виявляються недоступні, наприклад, з-за надзвичайних ситуацій.

Про що ще можна почитати в блозі VAS Experts на Хабре:

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.