Проект Teledesic

В данной статье пойдет речь об одном из самых амбициозных телекоммуникационных проектов в истории человечества, проекте Teledesic, за которым стоят два миллиардера - Билл Гейтс (Bill Gates) и Крэйг Мак-Коу (Craig McCaw). Последний был владельцем компании McCaw Cellular Communications Inc, оказывавшей услуги на рынке сотовой связи, которую он впоследствии продал корпорации AT&T (по некоторым данным, за 11 млрд. долларов).

Итак, Teledesic - это проект глобальной спутниковой сети, которая охватит до 95% поверхности Земли. Приблизительная схема работы сети такова: сигнал от пользователя через наземный терминал поступает на спутник, затем, пройдя по цепочке спутников, он снова передается на наземный терминал, ближайший к точке назначения, откуда и транслируется к конечному пользователю. Разработчики утверждают, что по сети можно будет передавать все виды данных, включая видео и голос. Для подключения к другим сетям предполагается создать специальную систему шлюзов.

В рамках проекта Teledesic первоначально планировалось задействовать до 840 низкоорбитальных спутников, однако сейчас, по имеющейся информации, эта цифра снизилась до 288. При этом каждый спутник сможет обмениваться данными по каналам межспутниковой связи ISL (Intersatellite Links - ISL) с восемью своими ближайшими соседями (рис. 1). Скорость обмена в канале ISL будет достигать 155,52 Мбит/с, а при использовании нескольких спутников она может быть увеличена до 1,24416 Гбит/с. Как следует из информации, размещенной на сайте www.teledesic.com, конструкция спутников Teledesic совместима с более чем двадцатью существующими на сегодняшний день ракетными системами вывода на околоземную орбиту.

Рис. 1.

В техническом описании проекта указано, что клиентская скорость передачи данных в сети Teledesic будет составлять от 16 кбит/с до 2,048 Мбит/с (стандарт Е1), а в специальных случаях - до 1,24416 Гбит/с (стандарт ОС-24). Разработчики сравнивают качество работы будущей сети с качеством оптоволоконных каналов. Общая пропускная способность Teledesic будет эквивалентна 1 млрд. дуплексных каналов Е1.

Информационная емкость системы Teledesic измеряется в так называемых базовых каналах. Базовый канал обеспечивает пропускную способность 16 кбит/с, а также имеет выделенный канал контроля и управления со скоростью 2 кбит/с (D-channel). Базовый канал может наращиваться для поддержки более высоких скоростей передачи данных. Например, восемь базовых каналов образуют канал, эквивалентный каналу ISDN BRI (2В+D), а 97 каналов эквивалентны каналу Т-1.

Технология сети

Для обмена данными внутри сети Teledesic будет использоваться технология пакетной коммутации. Суть ее заключается в том, что любая информация, передаваемая по сети, разбивается на пакеты фиксированной длины - 512 бит. Каждый пакет имеет следующие разделы: поле заголовка, содержащее конечный адрес и некоторую сопутствующую информацию; поле контроля ошибок, по которому проверяется целостность заголовка; и, наконец, тело пакета, содержащее сами данные. Поступающие на терминалы данные формируются в пакеты, после чего отправляются на спутник.

Для того чтобы увеличить скорость прохождения пакетов информации по сети Teledesic, была разработана технология интеллектуальной маршрутизации (Adaptive Routing). Ее алгоритм подразумевает, что каждый отдельный пакет данных передается между спутниками по тем каналам связи, которые на данный момент работают с максимальной скоростью.

Так как спутники движутся относительно друг друга¹ и поверхности Земли, топология сети Teledesic постоянно меняется - образуются новые каналы связи, а старые каналы разрываются. Как следствие, пакеты, на которые была разбита информация, будут следовать по разным маршрутам с разной скоростью и попадать в буфер терминала в произвольной последовательности. Оконечный терминал накопит пакеты в буфере, затем, используя информацию заголовков, перегруппирует их в нужном порядке и передаст конечному пользователю.

Наземные терминалы

Терминалы служат для обеспечения связи спутника с Землей. Их предполагается выпускать в двух модификациях - переносные и стационарные. Стандартный терминал поддерживает каналы связи со скоростью обмена данными от 16 кбит/с (базовая величина) до 2,048 Мбит/с (что эквивалентно 128 базовым каналам). При этом терминал может одновременно обслуживать несколько разных сетевых соединений и работать с различной скоростью при передаче и при приеме данных. В составе Teledesic предусмотрены и высокоскоростные терминалы на 155,52 Мбит/с (стандарт ОС-3) и 1,24416 Гбит/с (стандарт ОС-24) - последний называется гигабитным терминалом (GigaLink Terminals). Подобные устройства могут быть шлюзами к другим сетям, а также использоваться в центрах управления спутниковой сетью Teledesic.

Каждый терминал оснащается антенной и передатчиком. Диаметр антенны составит от 16 см до 1,8 м, а мощность передатчика от 0,01 до 4,7 Вт (для высокоскоростных терминалов - от 1 до 49 Вт). Выбор конкретных рабочих параметров этих устройств зависит от того, с какой скоростью планируется передавать данные, от требований надежности и от погодных условий в регионе.

В функции терминала входит регистрация и распознавание пользователей, шифрование/дешифрование передаваемых данных, контроль качества каналов связи, контроль доступа и надежности, управление D-линией канала. Помимо этого, они контролируют мощность сигнала, излучаемого передатчиком, и регулируют ее исходя из погодных условий - например, при ясной погоде мощность будет минимальной, а при плохих погодных условиях (облачность, дождь), для увеличения надежности связи, мощность сигнала будет увеличиваться.

Зоны обслуживания

В рамках системы Teledesic вся земная поверхность условно делится на фиксированные участки (около 20 тысяч) размером 160х160 км, каждый из которых в свою очередь состоит из девяти сот (рис. 2). Один спутник может одновременно обслуживать до 64 больших участков (то есть 576 малых) с поддержкой до 128 тыс. базовых каналов на одну соту. Реальное число обслуживаемых участков зависит от положения спутника на орбите. Фактически, он работает с наземными терминалами, попадающими в зону его передающего луча, при этом на отдельных участках спутник может работать только с теми терминалами, которые ему доступны. Связь с терминалами поддерживается таким образом, чтобы компенсировать движение спутника относительно Земли (рис. 3).

Рис. 2.

Каждый спутник содержит внутреннюю базу данных, где хранится информация о наземных терминалах каждого обслуживаемого участка, а также данные о местности, работа над которой запрещена из-за наличия каких-либо секретных государственных объектов (например, военных баз и др.). В функции спутников также входит контроль качества связи с Землей, а также контроль мощности сигнала наземного терминала .

Рис. 3.

Разграничение доступа

Спутник не может одновременно обмениваться данными со всеми терминалами, расположенными на большом участке, поэтому требуется разграничить их доступ к каналам передачи информации. Для этого используется технология множественного доступа, разделенного по времени (TDMA - Time Division Multiple Access). Каждому из девяти малых участков, входящих в состав одного большого, присваивается номер (от 1 до 9) и выделяется, соответственно, один из девяти временных интервалов. В течение этого интервала местным терминалам малого участка доступен радиоканал с полной полосой пропускания. Пролетая над большим участком, спутник обменивается данными по очереди с каждым из девяти малых участков.

Передача данных от терминала к спутнику (uplink) происходит с использованием технологии множественного доступа с разделением частоты (FDMA - Frequency Division Multiple Access), а в обратном направлении (downlink) - с использованием технологии множественного доступа с асинхронным разделением времени (ATDMA - Asynchronous Time Division Multiple Access). При передаче данных каждый активный терминал занимает один или несколько частотных интервалов из выделенного спутнику диапазона частот. Число интервалов зависит от скорости передачи данных. Один частотный интервал соответствует базовой каналу передачи данных: 16 кбит/с (данные) плюс 2 Кбит/с (управляющие сигналы). Всего на одном малом участке доступно 1800 частотных интервалов. Для того чтобы исключить наложение данных, передаваемых с разных участков, после приема информации с одного участка и перед переключением на другой проходит некоторое время ожидания.

Прием данных, осуществляемый по технологии ATDMA, происходит следующим образом: в течение временного интервала, отведенного на прием, со спутника на Землю передается 1800 пакетов, адресованных терминалам внутри области. Каждый терминал принимает все переданные пакеты, а затем по полю заголовка определяет, какой из пакетов адресован именно ему. Пакеты передаются на терминалы в той последовательности, в какой они получены спутником.

Контроль и управление сетью

Основной контроль и управление сетью Teledesic предполагается осуществлять со специальной наземной станции, соединенной гигабитным каналом с сетью спутников. На станции будет содержаться база данных с информацией, необходимой для администрирования и управления сетью Teledesic: списком действующих терминалов, их параметрами, ключами аутентификации, криптографическими ключами, данными о маршрутизации вызовов и некоторой другой информацией. По всей видимости, к этой базе получат доступ все национальные операторы Teledesic - для контроля своих местных терминалов.

Управление работой оборудования сети будет осуществляться по выделенному каналу управления (двухкилобитная D-линия в базовом канале). Передаваться "управляющие" пакеты будут наравне с информационными. Контроль за прохождением данных по спутниковой сети будет осуществляться еще и на самих спутниках, дополнительно к интеллектуальной маршрутизации.

Сигналы вызова будут контролировать специальные системы (в оригинале они названы процессорами) и коммутаторы сетевых шлюзов. Процессоры предназначены для управления внутрисетевыми вызовами и для адресации вызовов, поступающих через шлюзы из внешних сетей, а коммутаторы будут оперировать с вызовами, направленными в другие сети.

Перспективы

Ввод системы Teledesic в эксплуатацию планируется осуществить в 2002 году. Поскольку осталось не так уж много времени, интересно узнать, с какой периодичностью спутники будут выводиться на орбиту? Если исходить из первоначальной цифры - 840 спутников, то, запуская каждые две недели по восемь штук, эта процедура растянется на два года (то есть к этому времени спутник, запущенный первым, проведет на орбите пятую часть расчетного срока своей жизни). Цифра 288 спутников выглядит, конечно же, более реальной. Однако напрашивается вопрос: что станет с системой Teledesic, когда срок службы спутников подойдет к концу, то есть через десять лет? Потребуется запустить еще столько же? Ответ знают, видимо, только участники проекта Teledesic. Тем не менее к его реализации подключаются и другие компании. В частности, корпорация Boeing недавно приобрела 10% акций компании Teledesic и теперь выступает в роли основного субподрядчика. Будет ли реализован проект Teledesic или нет - неизвестно, пока он подвергается серьезной критике. Известно одно: такие люди, как Мак-Коу и Гейтс, не склонны бросать деньги на ветер.

При подготовке статьи использованы материалы сайта компании Teledesic и других источников.

¹ Взаимное расположение аппаратов, движущихся по одной орбите, сохраняется неизменным.